放射性认知功能障碍发生过程中海马齿状回神经元变化特征的研究

在已完成工作的基础上，基于神经科学、放射治疗学在神经发生、认知功能、放射损伤等领域中所取得的成果。对于全脑与γ刀海马局部单次2至30Gy照射后1天至6个月内的SD大鼠，运用实时定量RT-PCR、Western Blot、ELISA、神经电生理、激光共聚焦、细胞体视学、免疫组化与荧光标记等技术与手段，在分子、细胞和组织等层面，检测神经细胞因子、相关标记物分子、突触可塑性、病理形态学的异常变化，掌握电离辐射作用下海马齿状回神经元的变化特征，以及其它神经细胞与微环境变化对它的影响。同时，使用水迷宫、避暗与开放场等神经功能测试装置，在整体水平了解大鼠海马依赖性学习、记忆能力下降的特点以及照射部位、剂量和时程的影响程度，并确定齿状回神经元变化与大鼠学习、记忆能力损伤的关联度。达到深入了解放射性认知功能障碍疾病特征与发病机制的目的，为放射治疗后大脑功能损害早期干预与治疗的深入研究打下良好的基础。

放射治疗作为大脑与头颈部肿瘤重要的手段疗效显著，但神经认知功能障碍严重影响患者的生活质量而成为关注的焦点。给予雄性成年SD大鼠4-MeV电子线单次全脑照射，剂量为2、10、20和30 Gy，检测时间从1周至6月不等。照射后采用开放场、Morris水迷宫和避暗等实验检测认知功能。20 Gy组在3个月的新物体识别实验和新位置识别实验中，识别指数明显降低。在Morris水迷宫中，30 Gy组在1月即可检测到海马依赖的空间学习和记忆能力下降，直至3月这一损伤仍存在；20 Gy组在2月开始检测到海马依赖的空间学习和记忆能力受损，直至6月检测时仍存在。GFP阳性逆转录病毒DG区立体定向注射，免疫荧光染色方法检测DG区GFP+神经元的数目以及神经突起的生长。10与20 Gy后神经元数目显著降低，20Gy下降更加明显。2 Gy组神经元增殖能力却明显降低，神经突起的长度在照射后1周至1月明显落后。离体实验中，孕胎鼠海马组织培养离体原代神经元。2 Gy照射后1天、3天神经突起长度与对照组相比明显变短，3天时其分支数也明显减少。在发病机制的研究中，基因表达水平Real-time PCR、相关蛋白表达水平Western blot分析；BrdU和NeuN标记免疫荧光染色分析神经细胞增殖及存活；染色质免疫共沉淀和分析启动子区域组蛋白H3乙酰化；组蛋白去乙酰化酶抑制剂-曲古霉素A（TSA）检测能否逆转bdnf基因转录及海马区神经发生损伤。我们发现了XRCC4、XRCC5和XRCC6基因的mRNA与蛋白表达存在显著差异，γ-H2AX明显升高。组蛋白乙酰化降低是HDAC1依赖性的，全脑照射明显损伤了海马区新生神经元的产生和长期存活，这些变化与BDNF在mRNA及蛋白水平的表达相关，照射组大鼠海马区BDNF和Trk-b表达明显下降，照射后bdnf基因启动子I、II、V组蛋白H3乙酰化水平明显下降。电离辐射后组蛋白乙酰化变化是由HDAC1所介导，给予30Gy照射组的大鼠皮下注射组蛋白去乙酰化酶抑制剂TSA后，海马区神经发生可以得到保护。在干预实验中，探讨了慢性强迫游泳运动、强制转轮运动训练和米诺环素药物的使用，分别观测到水迷宫定向航行实验平均潜伏期的降低，同时有海马组织中BDNF及其相关分子表达、神经元的改变，验证了在细胞与分子水平的发病机制。