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.2019年2月28日;9(1):3097.
doi:10.1038/s41598-018-37935-3。

慢性肾脏病的神经后遗症:从乙酰胆碱酯酶活性降低到小鼠脑线粒体功能障碍、氧化应激和炎症

附属公司

慢性肾脏病的神经后遗症:从乙酰胆碱酯酶活性降低到小鼠脑线粒体功能障碍、氧化应激和炎症

穆罕默德·凯鲁贾曼·马祖姆德等。 科学代表. .

摘要

随着慢性肾脏病(CKD)的流行,CKD已成为一个全球性的健康问题。由于尿毒症毒素、电解质和水的滞留以及由此产生的代谢紊乱,CKD会影响包括神经系统在内的多个器官。因此,CKD患者患有多种神经系统并发症,包括痴呆、认知障碍、运动异常、抑郁症以及情绪和睡眠障碍。然而,神经系统并发症的潜在机制尚不清楚。我们最近报道了一种由高腺嘌呤饮食诱导的CKD高重复性小鼠模型,该模型表现出精神运动行为异常和血脑屏障破坏。在本研究中,我们使用小鼠模型,研究了心理运动和认知行为,以及与观察到的行为异常相关的脑内神经化学和组织病理学变化。结果表明CKD小鼠的乙酰胆碱酯酶活性全面丧失,离散脑区的神经元树突状结构和树突状棘密度降低。在小鼠的特定脑区发现氧化应激、炎症和线粒体功能障碍,这被认为是观察到的神经化学和组织病理学改变的潜在原因。因此,本研究非常重要,对CKD相关神经并发症的管理具有治疗意义。

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利益冲突声明

作者声明没有相互竞争的利益。

数字

图1
图1
高腺嘌呤饮食导致:(A类)小鼠体重逐渐下降,以及(B类)与初始体重相比,体重变化百分比显著降低。对照组(CS)小鼠接受标准饮食,而慢性肾脏病(CKD)组给予0.3%w/w剂量的腺嘌呤与标准饲料混合4周,每隔一天测量体重*P(P) ≤ 与CS相比,0.05具有统计学意义,n = 6.使用双向重复测量ANOVA分析数据。
图2
图2
高腺嘌呤饮食会导致心理运动行为异常和认知能力下降。对照组(CS)小鼠接受标准饮食,而慢性肾脏病(CKD)组给予0.3%w/w剂量的腺嘌呤与标准饲料混合4周,并在4周治疗结束时进行试验。分配(A类)游泳总成绩(B类)总不动时间(C类)短期对象位置存储器(OLM;90)的DI最小值)和()长期对象识别存储器(ORM;24)的DIh) ,在CS和CKD组中显示为方框图。盒子从25开始延伸第个至75第个百分位数,方框内的水平线表示中间值,胡须将最小值划分为最大值。方框中的点表示组的平均值,95%置信区间表示为误差线*P(P) ≤ 与CS相比,0.05具有统计学意义,n = 6.CS小鼠接受标准饮食,CKD小鼠给予0.3%w/w腺嘌呤与标准饲料混合4周。结果表明,CKD组存在明显的心理运动和认知障碍。辨别指数(DI)计算为:[(探索新事物的时间-探索熟悉事物的时间)/(探索新东西的时间 + 熟悉的)×100]. 使用未配对的双尾学生的t吨-测试。
图3
图3
在血清尿素水平升高的小鼠中,高腺嘌呤饮食导致慢性肾病(CKD)(A类),肌酐(B类)和尿酸(C类)以及腺嘌呤和2,8-二羟腺嘌呤的晶体在小鼠肾组织中的沉积(E类). 尿素的分配(A类),肌酐(B类)和尿酸(C类)不同组的值:对照组(CS)和CKD。CS小鼠接受标准饮食,CKD小鼠给予0.3%w/w剂量的腺嘌呤与标准饲料混合4周。实验结束时,使用市售试剂盒检测血清尿素、肌酐和尿酸水平。盒子(inA类,B类C类)从25开始延伸第个至75第个百分位数,方框内的水平线代表中间值,胡须将最小值限定为最大值。方框内的点表示组的平均值,95%置信区间表示为误差线。使用未配对的双尾学生的t吨-测试和*P ≤ 与CS相比,0.05具有统计学意义,n = 6. (E类)肾脏组织学检查显示,CKD小鼠(箭头)的肾组织皮质和髓质区域的腺嘌呤和2,8-二羟腺嘌呤s晶体均为泌尿系结石,而CS小鼠未发现此类沉积(). 照片是在4倍放大的明场照明下拍摄的。
图4
图4
对照组(CS)和慢性肾病(CKD)小鼠不同脑区的Nissl染色代表性切片。20穿过皮层的µm厚冠状脑切片(A1类,A2类,地下一层,地下二层),纹状体(C1类,指挥与控制,第1页,D2类),海马(E1级,E2级,一层楼,地上二层)和黑质(G1号,G2级,上半年,氢气)用甲酚紫染色。对照组脑区未发现腺嘌呤和2,8-二羟基腺嘌呤的形态畸变或晶体沉积(A1类,A2类,C1类,指挥与控制,E1级,一层楼,G1号,G2级)或CKD小鼠(地下一层,地下二层,第1页,D2类,E2级,地上二层,上半年,氢气). 不同的大脑区域在低,4×(A1类,地下一层,C1类,第1页,E1级,E2级,G1号,上半年),高,20×(A2类,地下二层,指挥与控制,D2类,一层楼,地上二层,G2级,氢气)亮场照明下的放大倍数。F1和F2分别是对照和CKD小鼠E1和E2海马的山茱萸氨3(CA3)区。
图5
图5
不同大脑区域的代表性照片:皮质(A类,B类)、海马(C、 D类),海马山茱萸氨3(E类,F类)和海马齿状回(G公司,H(H)),控制(A类,C类,E类,G公司)和慢性肾脏疾病(B类,,F类,H(H))Picro-Sirius红染色的小鼠。5-7对µm厚的冠状脑切片进行Picro-Sirius红染色。这些照片是在低4倍的条件下拍摄的(A类),高,10×(E类H(H))亮场照明下的放大倍数。
图6
图6
对照组(CS)和慢性肾病(CKD)小鼠不同脑区的乙酰胆碱酯酶(AChE)活性。不同脑区AChE组织酶学的代表性切片:(A、 B类)前额叶皮层(PFC)(C、 D类)大脑皮层(CC)(E、 F类)纹状体(NCP)(G、 H(H))杏仁核(AMG)(一、 J型)海马(HP)和(K、 我)黑质(SN)。20对甘油灌注脑的µm厚切片进行AChE组织酶学染色。在CKD小鼠的所有脑区中,AChE酶的活性(用颜色强度表示)均降低(B、 D、F、H、J、L),与CS相比(A、 C、E、G、I、K). 照片是在4倍放大率的亮场照明下拍摄的。采用Ellman方法对来自相同区域的脑组织匀浆中的乙酰胆碱酯酶活性(μ/mg蛋白质)进行了评估。(M(M))不同组AChE活性值的分布–CS和CKD如方框图所示。盒子从25开始延伸第个至75第个百分位数,方框内的水平线表示中间值,胡须将最小值划分为最大值。方框中的点表示组的平均值,95%置信区间由误差条表示。未成对学生的t吨-试验(双尾)用于计算P值。*P ≤ 与CS相比,0.05具有统计学意义(n = 6).
图7
图7
对照组(CS)和慢性肾病(CKD)小鼠黑质纹状体多巴胺能神经元状态。纹状体酪氨酸羟化酶(TH)的代表性切片——免疫组织化学(A、 B类)和黑质(D、 E类)CS的(A、 D类)和CKD(B、 E类)老鼠。在亮场照明下以4倍放大率拍摄照片。纹状体光密度值的分布(C类)SN中TH阳性神经元计数(F类)CS和CKD显示为方框图。盒子从25开始延伸第个至75第个百分位数,方框内的水平线表示中间值,胡须将最小值划分为最大值。方框中的点表示组的平均值,95%置信区间由误差线表示。纹状体图像的密度分析没有显示出任何明显的光密度变化,而通过SN的每六个连续切片(n = 6) 对这些切片中出现的神经元总数进行了计数,这也表明CKD小鼠与CS小鼠相比没有显著变化。使用双向重复测量方差分析对数据进行分析。
图8
图8
对照组(CS)和慢性肾病(CKD)小鼠的树突状棘密度和神经元树状结构。CS快速高尔基体染色脑切片的代表性照片(A、 D、F)和CKD(B、 E、G)老鼠。神经树状结构减少(B类)海马(HP)和树突棘密度(E类)皮层(CX)和(G公司)与CS相比,CKD小鼠的HP是可见的。方框图显示(C)HP中神经元树状结构的分布,以及(H(H))每10根脊椎的数量CS和CKD小鼠CX和HP树突的µm长度。盒子从25开始延伸第个至75第个百分位数,方框内的水平线表示中间值,胡须将最小值划分为最大值。框内的点表示置信区间为95%的组的平均值,置信区间由误差条表示。比例尺为2微米。在亮场照明下以100倍放大率拍摄照片。使用双向重复测量方差分析对数据进行分析*P(P) ≤ 与CS相比为0.05;n个 = 6
图9
图9
对照组(CS)和慢性肾病(CKD)小鼠不同脑区的线粒体复合物I活性:皮层(CX)、纹状体(NCP)、海马(HP)和黑质(SN)。CKD组在高腺嘌呤饮食4周后,处死小鼠,分离脑区,并分析酶活性。复合物的活性表示为NADH氧化/min/mg蛋白质。方框图显示了不同组(CS和CKD)在不同脑区的复合物I活性值的分布。盒子从25开始延伸第个至75第个百分位数,方框内的水平线表示中间值,胡须将最小值划分为最大值。方框中的点表示组的平均值,95%置信区间显示为误差线。使用未配对的双尾学生的t吨-测试*P(P) ≤ 与CS相比,0.05,n = 6
图10
图10
对照组(CS)和慢性肾病(CKD)小鼠不同脑区的线粒体复合物-II活性。CS不同脑区的代表性切片(A、 C、E、G)和CKD(B、 D、F、H)小鼠线粒体复合物-II组织酶学检测:皮层(CX;A、 B类)纹状体(NCP;C、 D类)海马(HP;E、 F类)黑质(SN;G、 H(H)). 颜色强度明显降低,这表明复合物的活性降低。照片是在4倍放大率的亮场照明下拍摄的。对不同脑区的图像进行密度分析,以确定光密度(OD),结果显示,与CS相比,CKD小鼠CX和NCP中复合物的活性降低,而HP和SN的降低不显著(I)。()方框图显示了不同组在不同脑区的光密度值分布。盒子从25开始延伸第个至75第个百分位数,方框内的水平线表示中间值,胡须将最小值划分为最大值。方框中的点表示组的平均值,95%置信区间显示为误差线。使用双向重复测量方差分析对数据进行分析*P(P) ≤ 与CS相比,0.05,n = 6
图11
图11
对照(CS)和慢性肾病(CKD)小鼠不同脑区的线粒体复合物III活性。CS不同脑区的代表性切片(A、 C、E、G)和CKD(B、 D、F、H)小鼠,线粒体复合物III组织酶学检测:皮层(CX:A、 B类)纹状体(NCP:C、 D类)、海马(HP:E、 F类)和黑质(SN:G、 H(H)). 与CS相比,CKD小鼠的染色强度明显降低,这表明复合物活性降低。照片是在4倍放大率的亮场照明下拍摄的。对不同脑区的图像进行密度分析,以确定光密度(OD),结果显示,与CS相比,CKD小鼠CX和NCP中复合物的活性降低,而HP和SN的降低不显著(I)。()方框图显示了不同组在不同脑区的光密度值分布。盒子从25开始延伸第个至75第个百分位数,方框内的水平线表示中间值,胡须将最小值划分为最大值。方框中的点表示组的平均值,95%置信区间显示为误差线。使用双向重复测量方差分析对数据进行分析*P(P) ≤ 与CS相比,0.05,n = 6
图12
图12
慢性肾脏病(CKD)导致大脑氧化应激。的活动(A类)超氧化物歧化酶(SOD)和(B类)过氧化氢酶(CAT),以及(C类)脂质过氧化水平。在治疗期结束时处死对照组(CS)和CKD组小鼠,分离大脑不同区域:皮层(CX)、纹状体(NCP)、海马(HP)和黑质(SN),并使用标准方案测试参数。SOD和CAT活性分别以单位/mg蛋白质和吸光度/min/mg蛋白质表示,脂质过氧化水平以nmol/mg蛋白质中硫代巴比妥酸反应物(TBARS)的量表示。方框图显示了不同脑区不同组SOD和CAT活性的分布以及脂质过氧化值的水平。盒子从25开始延伸第个至75第个百分位数,方框内的水平线表示中间值,胡须将最小值划分为最大值。方框中的点表示组的平均值,95%置信区间显示为误差线。未成对学生的t吨-试验(双尾)用于计算P值*P(P) ≤ 与CS相比,0.05,n = 6
图13
图13
慢性肾脏病(CKD)导致小鼠脑内星形细胞增多。对照组脑内胶质纤维酸性蛋白(GFAP)免疫组化的代表性照片(A、 C、E、G)和CKD(B、 D、F、H)老鼠。注意皮层中GFAP活性增加(B-i、ii),纹状体(D-i、ii),海马CA1(F-ii型)海马CA3(F-iii型),海马DG(F-iv型)和黑质(H-i、ii)与对照小鼠的相应区域相比。照片A-i、B-i、C-i、D-i、E-i、F-i、G-i和H-i以4倍放大率拍摄,而其余照片A-ii、B-ii、C-ii、D-ii、E-ii-iv、F-ii-iv,G-ii和H-ii以20倍放大率在亮场照明下拍摄。加利福尼亚州 = 菊芋;DG公司 = 齿状陀螺仪。
图14
图14
小鼠慢性肾脏病(CKD)导致大脑中神经元型一氧化氮合酶(nNOS)的激活。对照组不同脑区nNOS组织酶学的代表性切片(A、 C、E、G)和CKD(B、 D、F、H)小鼠:皮层(A、 B类),纹状体(C、 D类),海马(E、 F类)和黑质(G、 H(H)). CKD组在高腺嘌呤饮食4周后,处死小鼠,灌流甘油,20μm厚的冠状脑切片进行nNOS组织酶学测试。箭头指向具有活性NOS的神经元。皮层中有大量NOS活性神经元(B-ii类)和纹状体(D-ii类)CKD小鼠与对照组相比。照片A-i、B-i、C-i、D-i、E-i、F-i、G-i和H-i是在亮场照明下以4倍放大率拍摄的,而其他照片是相同区域的放大(20倍)图像。

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    1. Levey AS等。慢性肾脏疾病的定义、分类和预后:KDIGO争议会议报告。《肾脏国际》2011;80:17–28.-公共医学
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