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D2半乳糖致脑老化小鼠的物体识别能力障碍研究
日期：2024-04-27 01:18
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摘要：
摘要】 目的 应用物体识别方法研究 D2半乳糖长期注射致脑老化小鼠模型的学习记忆能力 ,并比
较物体识别方法与 Morris水迷宫方法对该模型测试的灵敏性。方法 C57BL/ 6 小鼠 ,随机分成正常对照
组、 D2半乳糖低剂量组(50mg/ kg ,sc) 、 D2半乳糖高剂量组(100mg/ kg ,sc) ,连续造模 8 周。以物体识别方法
和 Morris水迷宫方法测试各组动物的学习记忆能力。结果 在物体识别测试中 , D2半乳糖高剂量组分辨
指数(15. 71 ±3. 94)较对照组(45. 89 ±7. 41)减低具有非常显著性意义 ( P < 0. 001) ,低剂量分辨指数
(24. 69±6. 25)与对照组的差异也存在显著性意义( P < 0. 05) 。在 Morris水迷宫测试中 ,D2半乳糖高剂量
组动物逃逸潜伏期比对照组延长有显著性意义( P < 0. 01) ;高剂量组在目标象限空间探索所停留时间与
游泳距离比均较正常对照组减少有显著性意义( P < 0. 05) 。结论 D2半乳糖可导致小鼠出现显著的物体
识别能力障碍 ,用物体识别测试方法比 Morris水迷宫方法更灵敏地反映该模型小鼠的学习记忆障碍。
【关键词】 D2半乳糖; 学习记忆; 物体识别; 水迷宫; 脑老化
Impairment of object recognition in aging model induced by D2galactose W EI Hai2f eng , SON G Qiu2jie , A I
Hou2xi , et al . Department of Pharmacology , Xuan2w u Hospi tal of Capi tal Universi ty of Medical Sciences ,
Beijing Key L aboratory f or B rain A ging , Beijing 100053 , China
【Abstract】 Objective To study the object recognition impairment in D2galactose (D2gal) induced aging
model with object recognition test (ORT) , and compare the ORT and Morris water maze (MWM) in testing
learning and memory in this model . Methods C57BL/ 6 mice divided into groups of cont rol , D2gal (50mg/ kg)
and D2gal (100mg/ kg) . Each mouse was t reated with vehicle or D 2gal (s. c. ) once per day for 8 weeks. The
ORT was used to test the object recognition preference and MWM for s patial learning and memory ability. Re2
sults For ORT , D2gal groups of both doses showed significantly less exploration time on new object ( P < 0.
05) ; the discrimination index (DI) of high dose showed very significant lower DI ( P < 0. 001) , and low dose
showed significant lower DI ( P < 0. 05) , compared with cont rol group. During 42day spatial learning and mem2
ory t raining in MWM , high2dose D2gal group showed significant longer escape latency (P < 0. 01) ; in the probe
t rial , mice of high dose group showed significant less time and distance in the target quadrant compared with con2
t rol group. Conclusion Mice of chronic subcutaneous D2gal injection showed serious object recognition impair2
ment , the object recognition test is more sensitive than Morris water maze in reflectin g the learning and memory
impairment in this model .
【Key words】 D2galactose ; Learning and memory ; Object recognition ; Water maze ; Brain aging
物体识别测试(Object Recognition Test)是利用动
物先天对新物体有探索倾向的原理而建立的学习记忆
测试方法。该方法具有让鼠在自由活动状态下进行学
习记忆测试的特点 ,能更近似地模拟人类的学习记忆
行为。本研究拟应用物体识别方法研究 D2半乳糖长
期注射致脑老化小鼠模型的学习记忆能力 ,并与水迷
宫行为学测试相比较 ,为促进物体识别测试方法在我
国学术界的应用提供借鉴材料。
材料与方法
一、实验动物与造模
因 C57BL/ 6 近交系小鼠已被证明有良好物体识
别与空间记忆能力 ,以及随衰老而记忆力减退规
律[1 ,2 ]
,本实验选用 C57BL/ 6 小鼠 ,3 月龄 ,雌性 ,体质
量(20 ±2) g ,购于北京大学医学部动物中心(许可证
号:SCXK(京) 200220001) ,适应性饲养一周后 ,随机分
成正常对照组、 D2半乳糖低剂量组、 D2半乳糖高剂量
组。小鼠均在无特殊致病原(SPF)级动物室饲养至行
为学测试前。低剂量组每日于背部皮下注射 D2半乳
糖(购自 Sigma 公司 , G5388) 50mg/ kg ,高剂量组每日
皮下注射 D2半乳糖 100mg/ kg ,对照组注射等量生理
盐水 ,连续 8 周。
二、行为学测试
1. 物体识别试验:造模 8 周后 ,参考 Ennaceur
等[3 ]
方法进行物体识别试验 ,装置主要由一个测试盒
(自制)与 2 套(每套 2 只)测试物体组成 ,测试物体在
实验前经筛选有近似的小鼠喜好程度。本实验测试盒
以 45cm×35cm×20 cm 的乳白色硬塑料方盒自制而成。物体 A 套为蓝色方形硬塑儿童玩具 ,约 4. 5cm ×
4. 5cm×5 cm ,B 为白色圆柱形塑料盒 ,底面直径 4cm ,
高7cm ,两物体均足够重以防止小鼠推动。测试环境
要求在隔音、避光的场所。在测试盒上方以 60W白光
灯照射使盒内无阴影处。
测试主要分适应期、熟悉期和识别期。第 1 天为
适应期:在上述条件下 ,将鼠放入测试盒的中间 ,盒内
未放任何物体 ,让其自行适应性活动 10min。第 2 天
为熟悉期:在测试盒中放入 2 个相同的玩具(AA 或
BB) ,距离长轴(45cm)两侧壁 8cm ,将鼠从盒中距物体
等距离处放入。测试者两手各握 1 只秒表(上海秒表
厂) ,每只秒表对着 1 个动物 ,开始纪录其在每个物体
上的探索时间(以鼠嘴凑近物体约 2cm 范围内计时 ,
鼠爬在玩具上玩或者只是在物体附近走则不能计入) ,
以秒表间断累积计时测定鼠探索每个物体的时间总
和 ,为在第 3 天的计时提供练习。第 3 天为识别测试
期:将另外一套中的一个物体替换前**中的一个玩
具放入盒内(AB 或BA) ,将鼠放在盒中距两物体等距
离处 10min。每只鼠测试完成后 ,用酒精擦拭物体以
消除鼠停留在物体上的气味 ,并且按次序轮流调换各
物体在盒内的位置 ,以消除鼠对物体在盒内位置喜好
程度不同而带来的影响。
为进一步减少两种物体本身差异对鼠探索时间比
较的影响 ,本实验以两位测试者在同一实验室内用两
个相同装置测试每组的一半动物 ,但两装置中的物体
相对应鼠的新旧次序相反(如 A 在一测试者为新物体
在另一测试者则为旧物体) 。鼠的物体识别能力以第
3 天探索新旧物体的时间 ,并以探索时间计算分辨指
数(discrimination index ,DI)来评价。分辨指数计算公
式为:DI = (N2F) / (N + F) ×100 % ,式中 N 为在探索
新物体所用的时间 ,F为探索旧物体所用的时间。
2. Morris水迷宫:由 4d 的训练期和第 5 天的空
间探索试验组成 ,见参考文献[5 ]。
结 果
一、 D2半乳糖对 C57 小鼠物体识别能力的影响
D2gal 两个剂量组动物探索新物体所用的时间较
对照组减少具有显著性意义( P < 0. 05) (图 1A) ;高
剂量组分辨指数较对照组减低的差异具有非常显著性
意义 ( P < 0. 001) ,低剂量与对照组的比较也存在显
著性意义( P < 0. 05) (图 1B) 。这些差异显示 D2gal
致脑老化鼠在50mg/ kg和100mg/ kg两剂量对新旧物
体的分辨能力均减低 ,有明显的物体识别记忆障碍
二、 D2半乳糖对 C57 小鼠空间学习记忆能力的影
响
在 4d 的 Morris 水迷宫空间学习记忆训练中 ,
D2gal高剂量组动物逃逸潜伏期比对照组延长有显著
性意义( P < 0. 01) ,而 D2gal 低剂量组逃逸潜伏期与
对照组比尚未达到显著意义( P = 0. 088) (图 2A) 。
在空间探索试验中 ,与正常对照组比较 ,高剂量组在目
标象限所停留时间与游泳距离均减少 ,达显著性意义(
P < 0. 05) ;而低剂量组差异未达显著性意义
三、统计方法
各组动物在物体识别试验的新旧物体探索时间、
分辨指数和在水迷宫空间探索中在目标象限所停留时
间与距离比以单因素方差分析结合 Post Hoc2Duncan
法进行组间比较分析;4d Morris水迷宫中的逃逸潜伏
期(从入水到找到站台的时间)以重复测量的双因素方
差分析进行比较分析。数据以 x ±s 表示。
结 果
一、 D2半乳糖对 C57 小鼠物体识别能力的影响
D2gal 致脑老化鼠在50mg/ kg和100mg/ kg两剂量对新旧物
体的分辨能力均减低 ,有明显的物体识别记忆障碍。二、 D2半乳糖对 C57 小鼠空间学习记忆能力的影
响
在 4d 的 Morris 水迷宫空间学习记忆训练中
D2gal高剂量组动物逃逸潜伏期比对照组延长有显著
性意义( P < 0. 01) ,而 D2gal 低剂量组逃逸潜伏期与
对照组比尚未达到显著意义( P = 0. 088) (图 2A)
在空间探索试验中 ,与正常对照组比较 ,高剂量组在目
标象限所停留时间与游泳距离均减少 ,达显著性意义
P < 0. 05) ;而低剂量组差异未达显著性意义(图 2B)
讨 论
本研究发现 D2半乳糖长期皮下注射可导致小鼠
出现显著的物体识别记忆能力障碍。而且用物体识别
测试方法比 Morris 水迷宫方法更灵敏地反映该模型
小鼠的学习记忆障碍。鼠的物体识别能力与海马[4 ]
、
基底前脑[5 ]
和嗅周皮层[6 ]
等脑区功能有关 ,受自由基
损伤[4 ]
以及脑内单胺递质含量[7 ]
等因素影响。Morris
水迷宫测试的空间学习记忆能力与海马、纹状体、基底
前脑、小脑等脑功能区域[8 ]
有关。D2半乳糖可造成鼠脑皮层与海马自由基损伤[9 ]
、脑内单胺递质含量减
少[10 ]
,可能是导致其物体识别以及空间学习记忆能力
减低的原因。Luparini 等[11 ]
发现在物体识别测试中出现的老
年鼠轻度记忆损害现象在 Morris水迷宫测试中消失 ,
与我们的研究结果类似。造成这两种学习记忆测试方
法敏感性不同的可能原因有二: ①鼠的精神状态。在
物体识别测试中 ,鼠始终处于自主活动的状态 ,是在日
常精神稳定状态下进行的测试;而在水迷宫中 ,鼠去找
平台是在害怕沉水的应激下进行 ,应激本身可导致学
习记忆能力下降。②两种行为测试方法所依赖的脑功
能区域不同。近年来的研究证据表明 ,物体识别与嗅
皮质或嗅周皮质有高度相关 ,如细胞毒性造成大鼠的
嗅皮质损伤只造成物体识别能力损害而空间记忆保
持[5 ]
,而空间学习记忆能力似乎比物体识别记忆更依
赖于海马功能 ,如海马 CA3 区域的部分损伤以及后海
马的神经毒性损伤可导致 Morris 水迷宫空间识别障
碍而无物体识别能力的损伤表现[12 ,13 ]
,D2半乳糖致脑得进一步研究。
我们应用物体识别测试方法的体会主要有: ①在
测试盒内光线要充足 ,不能留有阴暗处或裂缝; ②测试
物体在要实验前作鼠喜好性筛选 ,并且足够大以引起
鼠的注意; ③测试者在测试第 2 天需训练秒表间断连
续计时法以使第 3 天能熟练计时; ④测试过程中更换
两物体在测试盒内的位置 ,并只在鼠探索物体时才计
时; ⑤该法测试时间相对长 ,在需测动物数较多时可以
两人同时进行。总之 ,物体识别测试方法简便、灵敏 ,
适合学习记忆功能障碍的机理及**学研究。
较物体识别方法与 Morris水迷宫方法对该模型测试的灵敏性。方法 C57BL/ 6 小鼠 ,随机分成正常对照
组、 D2半乳糖低剂量组(50mg/ kg ,sc) 、 D2半乳糖高剂量组(100mg/ kg ,sc) ,连续造模 8 周。以物体识别方法
和 Morris水迷宫方法测试各组动物的学习记忆能力。结果 在物体识别测试中 , D2半乳糖高剂量组分辨
指数(15. 71 ±3. 94)较对照组(45. 89 ±7. 41)减低具有非常显著性意义 ( P < 0. 001) ,低剂量分辨指数
(24. 69±6. 25)与对照组的差异也存在显著性意义( P < 0. 05) 。在 Morris水迷宫测试中 ,D2半乳糖高剂量
组动物逃逸潜伏期比对照组延长有显著性意义( P < 0. 01) ;高剂量组在目标象限空间探索所停留时间与
游泳距离比均较正常对照组减少有显著性意义( P < 0. 05) 。结论 D2半乳糖可导致小鼠出现显著的物体
识别能力障碍 ,用物体识别测试方法比 Morris水迷宫方法更灵敏地反映该模型小鼠的学习记忆障碍。
【关键词】 D2半乳糖; 学习记忆; 物体识别; 水迷宫; 脑老化
Impairment of object recognition in aging model induced by D2galactose W EI Hai2f eng , SON G Qiu2jie , A I
Hou2xi , et al . Department of Pharmacology , Xuan2w u Hospi tal of Capi tal Universi ty of Medical Sciences ,
Beijing Key L aboratory f or B rain A ging , Beijing 100053 , China
【Abstract】 Objective To study the object recognition impairment in D2galactose (D2gal) induced aging
model with object recognition test (ORT) , and compare the ORT and Morris water maze (MWM) in testing
learning and memory in this model . Methods C57BL/ 6 mice divided into groups of cont rol , D2gal (50mg/ kg)
and D2gal (100mg/ kg) . Each mouse was t reated with vehicle or D 2gal (s. c. ) once per day for 8 weeks. The
ORT was used to test the object recognition preference and MWM for s patial learning and memory ability. Re2
sults For ORT , D2gal groups of both doses showed significantly less exploration time on new object ( P < 0.
05) ; the discrimination index (DI) of high dose showed very significant lower DI ( P < 0. 001) , and low dose
showed significant lower DI ( P < 0. 05) , compared with cont rol group. During 42day spatial learning and mem2
ory t raining in MWM , high2dose D2gal group showed significant longer escape latency (P < 0. 01) ; in the probe
t rial , mice of high dose group showed significant less time and distance in the target quadrant compared with con2
t rol group. Conclusion Mice of chronic subcutaneous D2gal injection showed serious object recognition impair2
ment , the object recognition test is more sensitive than Morris water maze in reflectin g the learning and memory
impairment in this model .
【Key words】 D2galactose ; Learning and memory ; Object recognition ; Water maze ; Brain aging
物体识别测试(Object Recognition Test)是利用动
物先天对新物体有探索倾向的原理而建立的学习记忆
测试方法。该方法具有让鼠在自由活动状态下进行学
习记忆测试的特点 ,能更近似地模拟人类的学习记忆
行为。本研究拟应用物体识别方法研究 D2半乳糖长
期注射致脑老化小鼠模型的学习记忆能力 ,并与水迷
宫行为学测试相比较 ,为促进物体识别测试方法在我
国学术界的应用提供借鉴材料。
材料与方法
一、实验动物与造模
因 C57BL/ 6 近交系小鼠已被证明有良好物体识
别与空间记忆能力 ,以及随衰老而记忆力减退规
律[1 ,2 ]
,本实验选用 C57BL/ 6 小鼠 ,3 月龄 ,雌性 ,体质
量(20 ±2) g ,购于北京大学医学部动物中心(许可证
号:SCXK(京) 200220001) ,适应性饲养一周后 ,随机分
成正常对照组、 D2半乳糖低剂量组、 D2半乳糖高剂量
组。小鼠均在无特殊致病原(SPF)级动物室饲养至行
为学测试前。低剂量组每日于背部皮下注射 D2半乳
糖(购自 Sigma 公司 , G5388) 50mg/ kg ,高剂量组每日
皮下注射 D2半乳糖 100mg/ kg ,对照组注射等量生理
盐水 ,连续 8 周。
二、行为学测试
1. 物体识别试验:造模 8 周后 ,参考 Ennaceur
等[3 ]
方法进行物体识别试验 ,装置主要由一个测试盒
(自制)与 2 套(每套 2 只)测试物体组成 ,测试物体在
实验前经筛选有近似的小鼠喜好程度。本实验测试盒
以 45cm×35cm×20 cm 的乳白色硬塑料方盒自制而成。物体 A 套为蓝色方形硬塑儿童玩具 ,约 4. 5cm ×
4. 5cm×5 cm ,B 为白色圆柱形塑料盒 ,底面直径 4cm ,
高7cm ,两物体均足够重以防止小鼠推动。测试环境
要求在隔音、避光的场所。在测试盒上方以 60W白光
灯照射使盒内无阴影处。
测试主要分适应期、熟悉期和识别期。第 1 天为
适应期:在上述条件下 ,将鼠放入测试盒的中间 ,盒内
未放任何物体 ,让其自行适应性活动 10min。第 2 天
为熟悉期:在测试盒中放入 2 个相同的玩具(AA 或
BB) ,距离长轴(45cm)两侧壁 8cm ,将鼠从盒中距物体
等距离处放入。测试者两手各握 1 只秒表(上海秒表
厂) ,每只秒表对着 1 个动物 ,开始纪录其在每个物体
上的探索时间(以鼠嘴凑近物体约 2cm 范围内计时 ,
鼠爬在玩具上玩或者只是在物体附近走则不能计入) ,
以秒表间断累积计时测定鼠探索每个物体的时间总
和 ,为在第 3 天的计时提供练习。第 3 天为识别测试
期:将另外一套中的一个物体替换前**中的一个玩
具放入盒内(AB 或BA) ,将鼠放在盒中距两物体等距
离处 10min。每只鼠测试完成后 ,用酒精擦拭物体以
消除鼠停留在物体上的气味 ,并且按次序轮流调换各
物体在盒内的位置 ,以消除鼠对物体在盒内位置喜好
程度不同而带来的影响。
为进一步减少两种物体本身差异对鼠探索时间比
较的影响 ,本实验以两位测试者在同一实验室内用两
个相同装置测试每组的一半动物 ,但两装置中的物体
相对应鼠的新旧次序相反(如 A 在一测试者为新物体
在另一测试者则为旧物体) 。鼠的物体识别能力以第
3 天探索新旧物体的时间 ,并以探索时间计算分辨指
数(discrimination index ,DI)来评价。分辨指数计算公
式为:DI = (N2F) / (N + F) ×100 % ,式中 N 为在探索
新物体所用的时间 ,F为探索旧物体所用的时间。
2. Morris水迷宫:由 4d 的训练期和第 5 天的空
间探索试验组成 ,见参考文献[5 ]。
结 果
一、 D2半乳糖对 C57 小鼠物体识别能力的影响
D2gal 两个剂量组动物探索新物体所用的时间较
对照组减少具有显著性意义( P < 0. 05) (图 1A) ;高
剂量组分辨指数较对照组减低的差异具有非常显著性
意义 ( P < 0. 001) ,低剂量与对照组的比较也存在显
著性意义( P < 0. 05) (图 1B) 。这些差异显示 D2gal
致脑老化鼠在50mg/ kg和100mg/ kg两剂量对新旧物
体的分辨能力均减低 ,有明显的物体识别记忆障碍
二、 D2半乳糖对 C57 小鼠空间学习记忆能力的影
响
在 4d 的 Morris 水迷宫空间学习记忆训练中 ,
D2gal高剂量组动物逃逸潜伏期比对照组延长有显著
性意义( P < 0. 01) ,而 D2gal 低剂量组逃逸潜伏期与
对照组比尚未达到显著意义( P = 0. 088) (图 2A) 。
在空间探索试验中 ,与正常对照组比较 ,高剂量组在目
标象限所停留时间与游泳距离均减少 ,达显著性意义(
P < 0. 05) ;而低剂量组差异未达显著性意义
三、统计方法
各组动物在物体识别试验的新旧物体探索时间、
分辨指数和在水迷宫空间探索中在目标象限所停留时
间与距离比以单因素方差分析结合 Post Hoc2Duncan
法进行组间比较分析;4d Morris水迷宫中的逃逸潜伏
期(从入水到找到站台的时间)以重复测量的双因素方
差分析进行比较分析。数据以 x ±s 表示。
结 果
一、 D2半乳糖对 C57 小鼠物体识别能力的影响
D2gal 致脑老化鼠在50mg/ kg和100mg/ kg两剂量对新旧物
体的分辨能力均减低 ,有明显的物体识别记忆障碍。二、 D2半乳糖对 C57 小鼠空间学习记忆能力的影
响
在 4d 的 Morris 水迷宫空间学习记忆训练中
D2gal高剂量组动物逃逸潜伏期比对照组延长有显著
性意义( P < 0. 01) ,而 D2gal 低剂量组逃逸潜伏期与
对照组比尚未达到显著意义( P = 0. 088) (图 2A)
在空间探索试验中 ,与正常对照组比较 ,高剂量组在目
标象限所停留时间与游泳距离均减少 ,达显著性意义
P < 0. 05) ;而低剂量组差异未达显著性意义(图 2B)
讨 论
本研究发现 D2半乳糖长期皮下注射可导致小鼠
出现显著的物体识别记忆能力障碍。而且用物体识别
测试方法比 Morris 水迷宫方法更灵敏地反映该模型
小鼠的学习记忆障碍。鼠的物体识别能力与海马[4 ]
、
基底前脑[5 ]
和嗅周皮层[6 ]
等脑区功能有关 ,受自由基
损伤[4 ]
以及脑内单胺递质含量[7 ]
等因素影响。Morris
水迷宫测试的空间学习记忆能力与海马、纹状体、基底
前脑、小脑等脑功能区域[8 ]
有关。D2半乳糖可造成鼠脑皮层与海马自由基损伤[9 ]
、脑内单胺递质含量减
少[10 ]
,可能是导致其物体识别以及空间学习记忆能力
减低的原因。Luparini 等[11 ]
发现在物体识别测试中出现的老
年鼠轻度记忆损害现象在 Morris水迷宫测试中消失 ,
与我们的研究结果类似。造成这两种学习记忆测试方
法敏感性不同的可能原因有二: ①鼠的精神状态。在
物体识别测试中 ,鼠始终处于自主活动的状态 ,是在日
常精神稳定状态下进行的测试;而在水迷宫中 ,鼠去找
平台是在害怕沉水的应激下进行 ,应激本身可导致学
习记忆能力下降。②两种行为测试方法所依赖的脑功
能区域不同。近年来的研究证据表明 ,物体识别与嗅
皮质或嗅周皮质有高度相关 ,如细胞毒性造成大鼠的
嗅皮质损伤只造成物体识别能力损害而空间记忆保
持[5 ]
,而空间学习记忆能力似乎比物体识别记忆更依
赖于海马功能 ,如海马 CA3 区域的部分损伤以及后海
马的神经毒性损伤可导致 Morris 水迷宫空间识别障
碍而无物体识别能力的损伤表现[12 ,13 ]
,D2半乳糖致脑得进一步研究。
我们应用物体识别测试方法的体会主要有: ①在
测试盒内光线要充足 ,不能留有阴暗处或裂缝; ②测试
物体在要实验前作鼠喜好性筛选 ,并且足够大以引起
鼠的注意; ③测试者在测试第 2 天需训练秒表间断连
续计时法以使第 3 天能熟练计时; ④测试过程中更换
两物体在测试盒内的位置 ,并只在鼠探索物体时才计
时; ⑤该法测试时间相对长 ,在需测动物数较多时可以
两人同时进行。总之 ,物体识别测试方法简便、灵敏 ,
适合学习记忆功能障碍的机理及**学研究。
