天麻素对睡眠剥夺大鼠神经递质的影响及机制研究①

白 禹,阴育红,王丽华,秦丽红,金 鑫,吴佳欢,李曦萌,王国辉

(1.佳木斯大学附属第一医院神经内科一病区,黑龙江 佳木斯 154003;2.佳木斯市中心医院神经内二科,黑龙江 佳木斯 154002)

睡眠剥夺(sleep deprivation,SD)是指因某种需要导致睡眠量低于正常生理需要量的一种状态。长期睡眠剥夺是影响健康的最重要原因之一[1,2]。天麻素别名:4-羟甲基苯基-beta-D-吡喃葡萄糖甙,英文名称:Gastrodin[3,4]。天麻素从兰科植物天麻的干燥根块提取。它具有比较好的镇静和安眠效果,对头痛,失眠等症状有缓解作用。临床工作中,使用制剂天麻治疗头痛眩晕、肢体麻木、惊厥抽搐[5-7]。本研究分析睡眠剥夺对神经系统产生的损害,为探索睡眠剥夺所造成的脑功能损害奠定实验基础,通过天麻素进行实验性干预,探究天麻素对神经递质的影响及机制。

1 实验材料

1.1 实验动物

健康雌性SD大鼠24只,9-10周龄,体质量218～254g,购自长春市亿斯实验动物技术有限责任公司,实验动物生产许可证编号01021698046019528,实验前常规适应性饲养5d,后分笼饲养,每笼4只。室温22～23℃,相对湿度55%～65%,大鼠饲养所需垫料,饲料都由长春市亿斯实验动物技术有限责任公司提供。实验中应用的所有动物及其饲养按照中国动物保护法相关条例进行。经佳木斯大学科研伦理委员会审核批准。本实验动物使用许可证编号SYXK(黑)2016-014。

1.2 药品及试剂

天麻素注射液:选用上海现代哈森药业有限公司,规格:2mL:0.2g×10支。大鼠乙酰胆碱酯酶(AchE)、5-羟色胺(5-HT)、多巴胺(DA)、去甲肾上腺素(NE)、ELISA试剂盒均购自上海酶联生物科技有限公司。

2 实验方法

2.1 实验动物分组,模型制作及给药

大鼠适应性饲养5d后,用excel中随机发生器将24只鼠随机分为3组,分别为正常对照组、睡眠剥夺组、睡眠剥夺+天麻素组,每组8只。正常对照组正常饲养,每日腹腔注射生理盐水20mg/kg, 睡眠剥夺组睡眠剥夺后腹腔注射生理盐水20mg/kg,睡眠剥夺+天麻素组20mg/kg。慢性睡眠剥夺大鼠模型构建采用自建多平台水环境法[8]。睡眠剥夺箱采用水迷宫分隔方式,即在水迷宫(高50cm,直径1.1m,)采用挡板分隔为3个单元,每个单元中间放置8个直径6cm,高10cm的平台,分散分布。水迷宫中注水,至平台下1cm,水温约为20℃,将大鼠放在实验平台上,持续日光灯照射,当大鼠进入睡眠状态阶段会接触到水而被惊醒,完成睡眠剥夺模型的制作。每日固定时间将大鼠从睡眠剥夺箱中取出,进食,饮水,并给药,短暂休息后放回睡眠剥夺平台。持续5d。

2.2 观察指标及测定方法

2.2.1 行为学观察:大鼠在持续睡眠剥夺3d后肉眼可见明显消瘦,第4天开始出现焦躁,并有攻击行为。

2.2.2 大鼠血清中AchE、5-HT、DA、NE含量的测定 大鼠睡眠剥夺5d后,乌拉坦麻醉,尾静脉取血,分离血清备用。应用ELISA法测定血清AchE、5-HT、DA、NE含量。

2.3 统计学方法

3 结果

3.1 各组大鼠实验前后体质量变化

与正常对照组相比,睡眠剥夺组及睡眠剥夺+天麻素组体质量均明显降低(P<0.01),与睡眠剥夺组相比,睡眠剥夺+天麻素组体质量降低较轻(P<0.01),见表1。

表1 3组大鼠实验前、后体质量变化

3.2 天麻素对睡眠剥夺大鼠血清AchE、5-HT、DA、NE的影响

与正常对照组相比,睡眠剥夺组AchE,NE显著升高,DA,5-HT降低(P<0.01),与睡眠剥夺组相比,睡眠剥夺+天麻素组AchE降低,与睡眠剥夺组相比,睡眠剥夺+天麻素组5-HT增高(P<0.01),DA,NE无统计学意义(P>0.05),见表2。

表2 3组AchE、5-HT、DA、NE水平影响

4 讨论

当今社会,生活节奏越来越快,工作压力越来越大,从事科学研究的知识分子、中高级管理人员等脑力劳动者经常处于睡眠剥夺状态,医疗工作者更是如此,常年值班过程中被强制唤醒[9,10]。睡眠剥夺导致的危害已经引起了全社会的广泛关注。

睡眠剥夺对中枢神经系统功能,包括对学习记忆的影响非常明显,已经获得很多研究印证[11,12]。但是睡眠剥夺所引起的神经细胞凋亡的作用机制仍不确切。目前研究发现,胆碱能系统的异常变化与记忆障碍相关[13,14]。脑内乙酰胆碱(acetylcholine,Ach)含量的减少,是认知和记忆功能障碍的直接原因。Ach是脑内的重要的神经递质,参与调节认知功能和学习记忆的过程。脑内的Ach被AchE迅速分解,研究发现,抑制AchE可以增加突触间隙中的 Ach含量,继而改善认知功能[15,16]。乙酰胆碱酯酶抑制剂也是现阶段相对有效的治疗手段[17,18]。本研究结果表明,与睡眠剥夺组比较,天麻素可以使睡眠剥夺+天麻素组大鼠的AchE活性降低。天麻素能明显的提高大鼠的学习记忆水平。天麻素能够减轻多种因素造成的神经组织损伤,抑制神经细胞凋亡。降低脑内(AchE) 的活性,降低谷氨酸( Glu) 含量。由此可以看到天麻素影响睡眠剥夺大鼠神经递质的代谢,参与抑制神经细胞的凋亡,影响单胺类递质的含量,明确的作用机制仍需在今后的研究中去探索。

神经调节递质5-HT由位于脑干中的神经元合成,这些神经元密集地投射到整个中枢神经系统[19,20]。5-HT调节多种生理功能,包括摄食、奖赏、繁殖、睡眠-觉醒周期、记忆、认知和情绪。5-HT能系统的功能障碍与精神障碍的发生或进展有关,包括自闭、失眠、焦虑、抑郁、精神分裂、帕金森病或阿尔茨海默病。5-HT能够将身体产生的疲劳信息在脑内放大,导致身体产生疲劳感觉和睡眠意愿。持续睡眠剥夺对大鼠行为学影响是由兴奋抑制的转换过程。短程睡眠剥夺(1～2d) ,脑内的5-HT含量逐渐增加,大鼠产生疲劳感和睡眠意愿,持续睡眠剥夺的大鼠脑内单胺氧化酶活性的增高,增加了脑内5-HT的降解,减少5-HT含量,维持觉醒的状态[21,22]。本研究结果表明,睡眠剥夺组大鼠5-HT减少与焦躁行为、体质量下降相关。

中枢神经系统脑组织在不同脑区的5-HT与各种神经系统功能的调节相关, 例如睡眠、学习、记忆、头痛、情感行为、性行为等。与睡眠剥夺组比较,大鼠在睡眠剥夺+天麻素组的5-HT含量明显增高, 增加了5-HT的合成或分泌,睡眠剥夺可影响脑内5-HT的含量, 提示大鼠睡眠剥夺对其学习、记忆能力有影响,作用机制中应该与5-HT神经元有关, 但是,具体作用机制还有待于将来进一步研究进行证实。多项研究表明,天麻素对神经系统具有保护作用,可减轻脑缺血再灌注的损伤,应用于中枢神经系统退行性疾病,对神经性疼痛有抑制作用,还有镇静、催眠和抗衰老等多种作用,对神经元的保护作用机制具有多重性[23-25]。天麻素是一种比较安全、经济、有效的选择,具有广阔的前景。在睡眠剥夺所致中枢神经系统损害的防治中提供了一个很好的选择。由于目前关于天麻素药理作用的研究大多数仍处于动物实验阶段,还需要进一步深入临床研究,为天麻素的临床使用奠定科学的基础。为睡眠剥夺人群找到一种理想的药物干预,为探索睡眠剥夺所造成的脑功能损害奠定实验基础和理论依据。