基于奖赏操作的慢性束缚应激所致大鼠认知功能损伤及Rg1,Rb1防护作用研究
现代快节奏的生活、高强度的工作及各种特因环境等应激对机体造成严重的生理和心理上的改变，尤其是对认知能力的改变已成为影响人类身心健康的主要因素之一。束缚，是一种将动物置于无法逃脱的应激环境中，通过行为制动的方式，模拟人类社会中无法避免的拥挤、压力性空间等应激因素，是目前建立单纯心理应激所致学习记忆、情绪障碍等神经精神疾病应用最广泛的造模方法之一。因此确定其发生、发展的机制，寻找有效的防护药物是当前医学界的焦点。行为学实验是评价认知功能的主要手段，然而，传统的认知行为评价方法（如穿梭、跳台、避暗、水迷宫等）是基于动物躲避伤害性刺激（电击、冷水等）原理设计的，这些方法检测的学习记忆能力大多是基于对环境刺激的被动反应，不能检测动物在进行复杂操作任务时的兴趣、动机、反应、判断、决策及学习记忆等认知行为的变化，而且需要给予惩罚性/伤害性刺激使动物完成学习记忆作业，对动物的生理及心理影响较大。因此，本文在本课题组前期基础上改进了奖励性操作条件反射系统，建立适合于评价动物在进行复杂操作任务时的兴趣、动机、反应、判断、决策及学习记忆等认知行为，并结合传统中药提取单体人参皂苷Rg1，Rb1进行其对防护慢性应激引起的认知功能损伤等方面的作用研究，为慢性应激的防护提供了两种潜在的药物。主要研究成果如下: 1.改进了奖励性操作条件反射实验方法，首次实现了动物在进行复杂操作任务时的兴趣、动机、反应、判断、决策和学习记忆等认知行为多方面的评价 本文在课题组前期建立的奖励性操作条件反射实验方法基础上，攻克了大鼠在双操作踏板、双奖赏与多色信号序列识别协同联动操作任务模式下动物精细敏感认知行为测评的关键技术，依据动物心理学，建立了自由适应模式、单次和连续多次操作、位置识别、信号辨识、条件性强化贬值、消退等多层次、多任务的实验模式，首创了操作任务下动物复杂作业认知行为的检测分析方法，实现了认知评价方法从简单作业到复杂任务、被动回避到主动操作的跨越，同时首次实现了动物在进行复杂操作任务时的兴趣、动机、反应、判断、决策和学习记忆等认知行为的全覆盖，如自由适应模式下的鼻触次数和运动路程可用于动物兴趣及动机水平的评价;踏板次数可用于主动操作能力的检测;潜伏期可用于检测动物反应能力;辨别指数主要反应动物的判断、决策和学习记忆能力。 2.系统研究了慢性束缚应激对大鼠认知功能的影响，获得了一些有意义的发现 实验结果发现，慢性束缚应激不影响大鼠对奖励物质的兴趣，没有损害动物的动机水平以及自发活动。训练前给予束缚应激可以损伤大鼠的学习记忆能力，但这种损伤是可逆性的，通过加大训练强度可以减轻学习记忆的损伤程度。训练后给予束缚应激对大鼠的奖赏操作能力影响较小，但大鼠的操作正确率和操作效率显著下降。位置识别和信号辨识任务实验结果发现，慢性束缚应激显著性损害大鼠的信号辨识判断能力。 3.通过蛋白分子测定初步阐释了慢性束缚应激损伤大鼠辨识判断能力与BDNF-TrkB信号通路的变化密切相关 实验结果显示，慢性应激组大鼠皮层中脂质过氧化物产物MDA显著性升高，而抗氧化酶活性与对照组比较则显著性的下降，如SOD、T-AOC、GSH显著降低。以上结果说明慢性束缚应激引起了应激大鼠皮层中氧化应激损伤。Westernbolt结果发现，慢性束缚应激后，大鼠皮层中BDNF/TrkB/Erk1/2通路和Egr-1，Synapsin-1蛋白表达均显著降低，同时发现皮层中糖皮质激素受体(GR)的表达也显著性降低。与空白组(No-Traininggroup)比较，训练组(Traininggroup)大鼠皮层内BDNF/TrkB/Erk1/2与Egr-1、Synapsin-1蛋白表达均明显升高。以上结果表明慢性应激引起体内皮质酮的释放增加，通过与GR结合介导BDNF/TrkB/Erk1/2通路和Egr-1，Synapsin-1，进而引起一系列级联反应，进而引起认知功能障碍。 4.通过建立的奖励性操作条件反射新方法，利用行为学指标多层次、多角度的优势，比较研究人参皂苷Rg1，Rb1益智作用的药效差异，为慢性应激引起的认知损伤防护提供了可成药的潜在候选物 在已有的报道中，本研究第一次应用奖励性操作条件反射实验方法评价人参皂苷Rg1，Rb1改善认知功能的作用。研究发现Rg1，Rb1均可以明显提高大鼠在奖励性操作条件反射中的行为表现，说明Rg1，Rb1在改善学习记忆方面药效是一致的。利用新建立的位置识别和信号辨识任务检测Rg1，Rb1对大鼠的兴趣、辨识、判断决策等认知行为的改善作用。实验结果发现，Rg110mg/kg可以显著性的改善慢性应激引起的位置识别和信号辨识能力的损害;低剂量5mg/kg的改善作用不明显;而Rb1的两个剂量均未表现出这种作用，此发现提示Rg1相比Rb1在改善慢性应激引起的认知功能的损伤方面具有更加全面且相对独特的改善作用。 总之，本课题改进了奖励性操作条件反射分析系统，首次建立了动物在复杂操作任务下的兴趣、动机、反应、判断、决策和学习记忆等精细认知行为的检测分析方法。基于建立的实验方法系统研究了慢性束缚应激对大鼠认知功能的影响及其机制探讨，得出慢性束缚应激不仅损害大鼠学习记忆能力，同样对高级认知能力，如反应能力、辨识能力、判断决策等方面均有损伤作用，并且发现这些辨识、判断能力的损伤与应激引起的BDNF-TrkB信号转导通路受损密切相关。在此基础上再次证明了传统中药单体人参皂苷Rg1，Rb1对认知功能障碍的改善作用，为慢性应激引起的认知功能障碍的防护提供了潜在的候选物。 在航天医学领域，慢性束缚应激一般被用来模拟航天飞行中航天员所面临的狭小幽闭环境。因此，将本文得出的实验结果推演到航天飞行中发现，长时间的狭小幽闭空间环境对航天员的体能影响不大，但可以促使精细复杂任务的辨识能力以及操作的准确性下降。另外，本文所建立的一系列基于奖赏的操作评价任务可以模拟航天飞行中航天员所进行的太空作业任务，为应激条件下航天员进行复杂操作任务时认知功能评价提供了可行的方法。
慢性束缚应激;认知功能损伤;奖励性操作;人参皂苷;动物实验
中国医学科学院;清华大学医学部;北京协和医学院
博士
生药学
刘新民
2016
中文
R285.5
2023-07-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）