肢体远程缺血调节通过调节葡萄糖转运改善慢性脑低灌注大鼠的认知障碍

Limb Remote Ischemic Conditioning Ameliorates Cognitive Impairment in Rats with Chronic Cerebral Hypoperfusion by Regulating Glucose Transport.

作者信息Changhong Ren, Yuanyuan Liu, Christopher Stone, Ning Li, Sijie Li, Haiyan Li, Zichao Cheng, Jiangnan Hu, Weiguang Li, Kunlin Jin, Xunming Ji, Yuchuan Ding
PMID34341702
期刊Aging Dis
发布时间2021-08
DOI10.14336/AD.2020.1125

实验完整度

包含体外细胞实验、动物模型(2VO大鼠)、行为学测试(Morris水迷宫)、蛋白质表达检测(Western blot、ELISA、免疫荧光)及机制验证(AMPK抑制剂dorsomorphin)等多层级实验。

主要模型

Sprague-Dawley大鼠 双侧颈动脉结扎(2VO)慢性脑低灌注模型

重点核对

LRIC治疗开始时间:2VO术后第3天 LRIC方案:每日一次,每次3个循环,每个循环阻断240 mmHg持续10分钟,间隔再灌注10分钟 dorsomorphin给药:脑室内注射,剂量0.1 μmol/天,持续28天 行为学检测:Morris水迷宫,第21天开始

摘要

认知障碍与脑内葡萄糖代谢减慢密切相关。葡萄糖转运是葡萄糖代谢的限速步骤,在这一现象中起关键作用。既往研究报道,肢体远程缺血调节(LRIC)可改善慢性脑低灌注(CCH)大鼠的认知表现。在本研究中,我们确定了LRIC是否通过调节葡萄糖转运改善CCH大鼠的认知障碍。共使用170只雄性Sprague-Dawley大鼠。接受永久性双侧颈动脉结扎(2VO)的动物被分配到对照组或LRIC治疗组。LRIC在2VO手术后3天开始应用。我们发现LRIC可以改善学习记忆;降低ADP/ATP比值;增加葡萄糖含量;上调pAMPKα、GLUT1和GLUT3的表达;并增加大脑皮层神经元中GLUT1和GLUT3转运体的数量。皮层中GLUT1和GLUT3的表达与学习记忆呈强相关。Pearson相关分析显示,GLUT1和GLUT3的水平与神经功能评分相关。LRIC的所有这些有益作用均被AMPK抑制剂dorsomorphin的应用所消除。总之,LRIC通过AMPK/GLUT信号通路调节葡萄糖转运,从而改善CCH大鼠的认知障碍。我们得出结论,AMPK介导的葡萄糖转运在LRIC中起关键作用。这些数据还表明,CCH后补充激活葡萄糖转运可能为改善认知障碍提供一种临床适用的干预措施。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
LRIC是否通过调节葡萄糖转运改善慢性脑低灌注大鼠的认知障碍?
核心机制
LRIC通过激活AMPK上调GLUT1和GLUT3表达,增加葡萄糖转运和ATP生成,从而改善认知功能。
主要证据
在2VO大鼠中,LRIC显著降低ADP/ATP比值、增加葡萄糖含量、上调pAMPKα、GLUT1和GLUT3表达,且GLUT1/GLUT3水平与学习记忆相关;AMPK抑制剂dorsomorphin消除这些效应。
研究意义
LRIC可能作为一种安全、无创、低成本的治疗方法,为血管性痴呆等伴有认知障碍的脑血管疾病提供新的干预策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立CCH模型及LRIC处理

模拟慢性脑低灌注状态,并施加LRIC干预以观察其作用。

成年雄性SD大鼠实施双侧颈动脉结扎(2VO)建立CCH模型,于术后第3天开始LRIC治疗,每天一次,持续至取材。

2

评估学习记忆能力

评估LRIC对CCH大鼠空间学习和记忆的影响。

在LRIC治疗3周后进行Morris水迷宫实验,记录逃避潜伏期和目标象限停留时间百分比。

3

检测代谢指标

检测皮层葡萄糖和ATP水平以评估能量代谢状态。

在LRIC治疗1、2、4周后取皮层组织,用化学发光试剂盒检测ADP/ATP比值,用检测试剂盒测葡萄糖、乳酸和丙酮酸含量。

4

检测相关蛋白表达

检测AMPK、GLUT1和GLUT3的表达水平以探索机制。

使用Western blot检测pAMPKα、GLUT1和GLUT3蛋白水平;ELISA定量GLUT1和GLUT3含量;免疫荧光共染NeuN和GLUT1/GLUT3观察神经元中表达。

5

机制验证(AMPK抑制剂)

验证AMPK信号通路在LRIC改善认知中的作用。

通过脑室内注射dorsomorphin(AMPK抑制剂)阻断AMPK,评估其对LRIC诱导的行为改善、代谢改善和GLUT表达的影响。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
SD大鼠Vital River Laboratories--
安氟醚----
水合氯醛----
大鼠LRIC仪器自研(专利号ZL201720524103.7)--
Morris水迷宫DMS-2--
EthoVision-XT 11Noldus--
ADP/ATP化学发光试剂盒Sigma-Aldrich--
RIPA裂解液----
蛋白酶抑制剂----
PVDF膜----
化学发光底物GE Healthcare--
GLUT1抗体Cell Signaling--
GLUT3抗体Cell Signaling--
pAMPKα抗体Cell Signaling--
β-actin抗体Sigma-Aldrich--
GLUT1 ELISA试剂盒Signalway antibodyEK14283
GLUT3 ELISA试剂盒Signalway antibodyEK14285
NeuN抗体Invitrogen--
GLUT1抗体Santa Cruz--
GLUT3抗体Santa Cruz--
Alexa Fluor 488和594标记二抗Invitrogen--
ProLong Gold防淬灭封片剂(含DAPI)Molecular Probes--
尼康Ti Eclipse落射荧光显微镜Nikon--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型
动物品系、性别、体重、2VO手术具体操作、麻醉方式
阅读提示:Methods: Animals, CCH model
LRIC干预
LRIC开始时间、循环次数、压力、持续时间和再灌注时间、频率
阅读提示:Methods: LRIC treatment
行为学测试
Morris水迷宫训练天数、每天次数、平台位置、游泳时间、测试时间点
阅读提示:Methods: Morris water maze, Figure 2 legend
生化检测
取材时间点、皮层组织处理、检测试剂盒、重复次数
阅读提示:Methods: Tissue collecting and processing, Biochemical testing
蛋白表达检测
蛋白提取方法、抗体来源和稀释比例、内参、定量方法
阅读提示:Methods: Western blot, ELISA, Immunofluorescence staining
药物干预
dorsomorphin给药途径、剂量、持续时间和溶剂
阅读提示:Methods: Intracerebroventricular injection with osmotic pump