多壁碳纳米管对Wistar大鼠空间认知和突触可塑性的影响及机制的探究

发布时间：2017-07-18 13:31

  本文关键词：多壁碳纳米管对Wistar大鼠空间认知和突触可塑性的影响及机制的探究

  更多相关文章： MWCNTs 空间认知 突触可塑性 自噬

【摘要】：目前,纳米科技处于飞速发展的阶段,各种纳米材料在诸多领域已有普遍的应用。碳纳米管是纳米家族的重要成员之一,由于独特的物理化学性质,使其在生物医药领域,尤其在中枢神经系统疾病诊疗方面显示出巨大的应用前景。同时,碳纳米管的生物安全性问题也受到越来越多的关注。碳纳米管能很容易透过血脑屏障进入中枢神经系统,因此,研究碳纳米管对中枢神经系统的毒性具有重大的意义。目前对碳纳米管神经系统毒性的研究主要集中在体外细胞水平,关于其引发的体内神经毒性的研究还鲜有报导。自噬是真核生物细胞将细胞内衰老、受损细胞器及代谢废物通过溶酶体机制进行降解的过程,对维持细胞内环境的稳态具有重要的生理意义。研究证明,细胞自噬本身具有双面性,一方面细胞可通过自噬水平应对外界的应激刺激;另一方面,过高的自噬水平会对细胞造成毒性损伤,甚至导致细胞死亡。纳米材料作为一种新型的自噬诱导剂已获得广泛认可,其通过改变自噬水平对细胞产生毒性。综上,本论文研究了多壁碳纳米管暴露对Wistar大鼠空间认知功能和突触可塑性的影响,并进一步探究了自噬机制在该过程的作用。实验方法如下:将雄性Wistar大鼠随机分成3组:对照组(Control),多壁碳纳米管实验组(MWCNTs),多壁碳纳米管+氯喹处理组(MWCNTs+CQ)。给予腹腔注射14天后,Morris水迷宫检测各组大鼠的空间认知功能,然后进行电生理实验记录海马Schaffer侧枝-CA1区的长时程增强(long term potentiation,LTP)和去增益(depotentiation,DP)。电生理结束后取海马,Western blot技术检测海马的自噬水平(LC3II/LC3I比例、Beclin-1)和相关突触蛋白(NR2B、SYP)的表达,并通过HE染色观察大鼠海马CA1区锥体神经元形态结构的改变。主要实验结果如下:(1)Morris水迷宫实验:在定位航行阶段,与Control组相比,MWCNTs组大鼠的逃避潜伏期显著增长,而MWCNTs+CQ组的逃避潜伏期较MWCNTs组明显缩短;在空间探索阶段,MWCNTs组大鼠在目标象限停留时间和穿越平台次数较Control组均显著减少,而MWCNTs+CQ大鼠在目标象限停留时间和穿越平台次数明显增加。在反向的定位航行训练阶段和空间探索阶段也是相似的结果。(2)在体电生理:与Control组比较,MWCNTs组大鼠的LTP显著降低,DP明显增加;MWCNTs+CQ大鼠的LTP较MWCNTs组显著提高,DP明显降低。(3)Western blot检测:与Control组相比,MWCNTs组大鼠的海马中NR2B和突触素蛋白的表达量明显降低,LC3II/LC3I比例和Beclin-1的表达明显提高;与MWCNTs组比较,MWCNTs+CQ组大鼠的NR2B和SYP蛋白的表达量明显升高,LC3II/LC3I比例和Beclin-1的表达明显降低。(4)HE染色:Control组大鼠海马CA1区锥体神经元形态饱满,细胞排列紧密、有规则,而MWCNTs组神经元细胞皱缩,排列松散无序,且细胞之间出现较大间隙。与MWCNTs组相比,MWCNTs+CQ组大鼠的神经元细胞形态明显改善,细胞间间隙减小,且排列较紧密。基于以上实验结果,我们得到以下结论:MWCNTs暴露导致了大鼠空间认知障碍和突触可塑性损伤,并且造成了大鼠海马自噬水平的升高。通过降低自噬水平可缓解大鼠的空间认知障碍和突触可塑性的损伤,提示MWCNTs暴露诱导的自噬是一种损伤机制。通过调节自噬水平可作为治疗MWCNTs导致中枢神经系统损伤的新靶点。
【关键词】：MWCNTs 空间认知 突触可塑性 自噬
【学位授予单位】：南开大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R99;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 本文主要缩略语注释表12-13
• 第一章 引言13-23
• 第一节 碳纳米管概述13-17
• 1.1.1 纳米材料简介13
• 1.1.2 碳纳米管13-14
• 1.1.3 CNTs的应用14-15
• 1.1.4 CNTs的生物毒性15-17
• 1.1.4.1 CNTs对皮肤的毒性15
• 1.1.4.2 CNTs对肺的毒性15-16
• 1.1.4.3 CNTs对肝脏的毒性16
• 1.1.4.4 CNTs对中枢神经系统的毒性16-17
• 第二节 空间认知和突触可塑性17-19
• 1.2.1 空间认知概念及检测方法17-18
• 1.2.2 突触可塑性和相关蛋白18-19
• 第三节 细胞自噬19-22
• 1.3.1 细胞自噬的定义及分类19-20
• 1.3.2 细胞自噬的发生过程20
• 1.3.3 自噬性细胞死亡20-21
• 1.3.4 纳米材料与细胞自噬21-22
• 第四节 本研究的意义及目的22-23
• 第二章 实验材料与方法23-38
• 第一节 实验材料23-28
• 2.1.1 实验动物23
• 2.1.2 多壁碳纳米管23
• 2.1.3 主要实验试剂23-24
• 2.1.4 主要试剂配方24-26
• 2.1.4.1 动物实验中所用的主要试剂24
• 2.1.4.2 组织病理学检测所用到的主要试剂24-25
• 2.1.4.3 Western blot实验所用的主要试剂25-26
• 2.1.5 主要仪器和设备26-27
• 2.1.6 实验中所用到的图像采集及数据分析软件27-28
• 第二节 实验方法28-37
• 2.2.1 动物分组及处理方法28
• 2.2.2 体重观测28
• 2.2.3 Morris水迷宫实验28-30
• 2.2.4 电生理实验30-31
• 2.2.5 Western blot实验31-37
• 2.2.5.1 标本的制备及贮存31
• 2.2.5.2 蛋白浓度测定（BCA法）31-32
• 2.2.5.3 蛋白变性32
• 2.2.5.4 SDS-PAGE凝胶电泳32-34
• 2.2.5.5 HE染色34-37
• 第三节 数据统计及分析37-38
• 第三章 实验结果38-51
• 3.1 体重结果38
• 3.2 Morris水迷宫38-45
• 3.2.1 定位航行训练和空间探索试验结果38-42
• 3.2.2 反向航行训练和反向空间探索结果42-45
• 3.3 Schaffer侧枝至CA1区的LTP和DP45-47
• 3.4 Western blot结果47-49
• 3.4.1 MWCNTs暴露对大鼠海马NR2B及SYP蛋白表达的影响47-48
• 3.4.2 MWCNTs暴露对大鼠海马区LC3和Beclin-1 蛋白表达的影响48-49
• 3.5 HE染色49-51
• 第四章 实验讨论51-55
• 第一节 MWCNTs暴露对大鼠空间认知功能及突触可塑性的影响51-53
• 4.1.1 MWCNTs暴露对Wistar大鼠空间认知功能的影响51-52
• 4.1.2 MWCNTs暴露对Wistar大鼠海马的突触可塑性的影响52
• 4.1.3 MWCNTs暴露对突触相关蛋白表达的影响52-53
• 4.1.4 MWCNTs暴露对海马神经元的影响53
• 第二节 MWCNTs暴露对大鼠空间认知功能及突触可塑性损伤的机制研究53-55
• 第五章 实验结论与展望55-56
• 参考文献56-63
• 致谢63-64
• 个人简历64-65
• 在学期间发表的学术论文65

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