全 文 :加味五子衍宗方总黄酮对大鼠海马锥体细胞
VGCC通道的影响
李娌1,蔡浩然2,李琳2,王学美
(1北京大学 第一医院 中西医结合研究室,北京 100034;
2北京大学 第一医院 中心实验室,北京 100034)
[摘要] 目的:探讨加味五子衍宗方总黄酮成分对Aβ2535作用后的大鼠海马CA1区锥体神经元电压门控钙通道电流的
作用。方法:应用全细胞膜片钳技术记录海马神经元ICa电流,采用内向电流的幅度作为观察指标,观察模型药物及干预药物
对其的作用。采用出生7d的乳鼠取海马后制成脑片,选取立体感强、状态好的锥体细胞形成全细胞膜片钳记录,从50mV
到+50mV范围(步进为5mV)一系列去极化电压脉冲刺激(脉冲宽度500ms),以激发出电压依赖性的内向钙离子电流。记
录电流后加入Aβ2535后,再加入总黄酮进行干预。结果:Aβ2535淀粉蛋白可以通过增强ICa可引起胞内钙超载,正常幅度平均为
-(1571±199)pA,Aβ2535作用后增大为 -(3232±234)pA,125,250,500mg·L
-1的总黄酮作用之后,分别下降为
-(2579±316),-(1964±298),-(1693±340)pA。结论:引起胞内钙离子超载可能是Aβ2535产生神经毒性作用的机
制之一,加味五子衍宗方总黄酮成分可通过抑制钙离子内流对神经元起一定保护作用。
[关键词] β淀粉样蛋白;锥体细胞;全细胞膜片钳记录;五子衍宗方;电压依赖钙通道
[收稿日期] 20081020
[通信作者] 王学美,Tel:(010)83573053,Email:wangxuemeibj
mu@163.com
加味五子衍宗方是在补肾填精的古方五子衍宗
丸基础上加味而成的经验方。主要由枸杞子、菟丝
子、五味子、车前子、覆盆子以及淫羊藿等药组成。
近年来,对于轻度认知障碍(mildcognitiveimpair
ment,MCI)患者的临床研究表明,加味方可以提高
其记忆商,降低患者血清β淀粉样蛋白含量[12]。轻
度认知障碍 MCI代表 Alzheimer病(AD)的极早期
阶段。AD的病理学特征为老年斑和神经元纤维缠
绕,而脑脊液Tau蛋白和β淀粉样蛋白(Aβ)水平的
异常被认为是这一病理改变的分子学基础。大多数
实验证明Aβ的毒性作用与其影响电压依赖性钙通
道(voltagedependentcalciumchannels,VDCC)尤其
是高电压激活的钙通道(highvoltageactivatedcalci
umchannels,HVA),进而导致细胞内钙离子
([Ca2+]i)超载有关
[3]。本研究进一步了解加味五
子衍宗方对AD患者记忆改善的机制。
1 材料
1.1 动物
SPF级SD大鼠,雌雄不拘,出生7~10d,由北
京大学医学部实验动物中心提供,动物合格证号
SCXK(京)20060008。
1.2 药物
1.2.1 加味五子衍宗方 枸杞子 400g,菟丝子
400g,五味子50g,车前子100g,覆盆子200g,淫羊
藿400g,以上药材购自同仁堂药店,由北京大学药
学院 屠鹏飞教授鉴定为正品。
1.2.2 加味五子衍宗方总黄酮和总多糖的制备
采用醇提水沉法。药材使用95%乙醇提取3遍,浓
缩成膏,石油醚萃取,60℃减压蒸馏;离心除杂,大
孔树脂柱分离,梯度洗脱、干燥。薄层色谱鉴定,发
现黄酮类化合物主要集中在50%和70%质量浓度
乙醇的流份中。50%乙醇中的黄酮得率为025%。
总多糖制备:提黄酮所剩药渣晾干,10倍体积水提
取3遍,每遍15h,减压浓缩(≤60℃),水提液合
并浓缩,Savage法去蛋白,低温干燥。得率37%。
1.2.3 TTX,Aβ2535 Caesium chloride,NaATP,
GTP,CsOH试剂购于美国 Sigma公司;其余普通化
学试剂均为分析纯,购于北京化学试剂公司。
1.2.4 溶液配制 改良人工脑脊液(mmol·L-1):
195Sucrose,24NaHCO3,10Glucose,3KCl,125
NaH2PO4,5MgCl2,1CaCl2;用NaOH将pH调至72
;人工脑脊液(mmol·L-1):124NaCl,26NaHCO3,
10Glucose,10HEPEs,3KCl,125NaH2PO4,1
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MgCl2,2CaCl2;用 NaOH将 pH调至72;电极内液
(mmol· L-1):124Caesium chloride,4NaCl,5
EGTA,10HEPES,3NaATP,05GTP;用CsOH将pH
调至72。TTX配制成5mmol·L-1的母液储存在
-20℃备用,工作浓度500nmol·L-1;Aβ2535配制
成01mol·L-1的母液,37℃老化 7d,储存在
-20℃备用,工作浓度 10mmol·L-1。总黄酮用
DMSO溶解,加入灌流液中,DMSO在灌流体系体积
小于01%。总多糖直接溶解在灌流液中。
1.3 仪器
标准壁硼硅酸盐玻璃微电极(有芯)(1B150F,
美国WPI公司),微电极拉制仪(MF830,日本 Nar
ishige公司),小型机器微操作器(美国 WPI公司),
膜片钳放大器(PC2C,华中科技大学仪博公司),
数据控制与采集器(UDA1,华中科技大学仪博公
司),近红外干涉相差显微镜(NRDIC):(日本
Olympus公司),图像摄像转化器(日本 DVC公
司),多通道快速微量加药系统(MPS2,华中科技
大学仪博公司)。
2 方法
2.1 大鼠海马脑片制作方法
参考刘振伟[4]等人方法将乳鼠海马制成数片
300μm的脑片;将切好的脑片移至32℃度氧饱和
的人工脑脊液中孵育 1h;之后将脑片移至室温
(22~25℃)氧饱和的人工脑脊液中孵育1h待用。
2.2 流程及数据采集和处理
选取立体感强、状态好的锥体细胞(图1),将记
录电极压接触到脑片表面,向内部施加负压,电极和
细胞膜之间形成高阻封接后(大于1GΩ),进一步将
膜吸破电极内液和细胞内液相通,钳制电压于 -70
mV,形成全细胞膜片钳记录,从-50mV到+50mV
范围(步进为5mV)一系列去极化电压脉冲刺激(脉
冲宽度为:500ms),以激发出电压依赖性的内向钙
离子电流。记录电流后加入 Aβ2535后,再加入总黄
酮或者总多糖进行干预。在实验中,应用 Pclamp
60程序中的Clampex程序记录出原始的锥体细胞
全细胞膜电流图形,再应用 Clampfit100程序中的
Clampfit程序对ICa的全细胞膜电流作统计分析。
图1 近红外微分干涉相差显微镜下的海马锥体细胞
(×400)
2.3 统计学处理
计量资料用珋x±s表示。用SPSS110统计软件
进行数据统计。各组之间的数值比较采用样本均数
t检验。P<005为差异有统计学意义。
3 结果
实验中所记录到的 Ca2+通道的电生理学特性
与文献报道一致[5]。应用 CdCl2500μmol·L
-1后
与对照组比较,可以阻断ICa(P<001,n=4)。
3.1 总黄酮对AD细胞模型ICa的影响
对照组引出的钙电流大小平均为 -(1571±
199)pA,加入10μmol·L-1浓度的Aβ2535后,钙电
流显著增大,达到 -(3232±234)pA,与对照相
比具有显著差异(n=18,P<001)。不同浓度的总
黄酮加入后,对增大的钙电流均有对抗作用,并且这
种作用与剂量呈一定相关性。125,250,500mg·
L-1的 总 黄 酮 灌 流 后,钙 电 流 大 小 分 别 为
-(2579±316),-(1964±298),-(1693±
340)pA,差异具有显著性(P<001)。不同浓度
的总黄酮对Aβ2535片断作用后的电压门控钙离子通
道的作用。以对照组记录到的钙离子电流作为
100%。总黄酮为 125mg·L-1可以减小(304±
403)%;250mg·L-1可以减小(469±563)%
(均n=6,P<001);500 mg· L-1 可 以 减 小
(595±682)%(均n=6,P<001)(表1)。
表1 加味五子衍宗方总黄酮不同剂量对海马脑片锥体细胞高电压门控钙离子电流的影响(珋x±s,n=6) pA
分组 125mg·L-1 250mg·L-1 500mg·L-1
对照 -15411±173 -1570±204 -1601±221
模型 -32180±2781) -3215±2181) -3263±2071)
总黄酮 -25790±3162) -1964±2982) -1693±3402)
注:与对照组比1)P<001;与模型组比2)P<001(表2同)。
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3.2 总多糖对AD细胞模型钙离子通道的影响
125,250,500mg·L-1的总多糖对于 Aβ2535引
起的增大电压门控钙离子通道电流没有作用,加药
后测得的电流与模型组相比没有显著差异(125,
250mg·L-1剂量组n=4;500mg·L-1剂量组 n=
3)(表2)。
表2 加味五子衍宗方总多糖不同剂量对海马脑片锥体细胞高电压门控钙离子电流的影响(珋x±s,n=4) pA
分组 125mg·L-1 250mg·L-1 500mg·L-1
对照 -1556±290 -1500±204 -1531±395
模型 -3208±4541) -3105±5281) -3243±4731)
总多糖 -3106±578 -3244±557 -3309±542
4 讨论
海马是与学习、记忆、认知行为功能密切相关的
重要脑区。大量研究己证明其与学习记忆特别是空
间认知功能有关。神经元细胞大量的功能依靠钙信
号传导进行[6],胞内的钙离子主要通过胞外环境的
钙离子内流和内质网的钙库释放。海马神经元上
VDCC根据激活电压的不同分为高电压激活的钙通
道和低电压激活的钙通道(lowvoltageactivatedcal
ciumchannels,LVA)。内源性的 Aβ在 AD的发生
和发展中起重要作用,其中 Aβ2535片断是其中毒性
较强的片断之一。老化后的 Aβ片断较新鲜配制的
Aβ2535具有毒性作用。研究表明,Aβ可使培养的神
经元[Ca2+]i明显增加,引起细胞内钙离子超载。钙
超载是多种脑性疾病所具有的共同特性,也是神经
元死亡的最后共同通路,因此细胞内钙离子超载被
认为是Aβ产生细胞毒性的关键环节[7]。
淫羊藿及菟丝子为五子衍宗方的君药。前期研
究表明,加味五子衍宗方及其提取物对学习记忆具
有保护作用。加味方总黄酮、总多糖能显著增加其
空间探索能力,减少逃避潜伏期[89];加味方对于轻
度认知障碍患者记忆商具有提高作用,对其海马体
积和海马颞角具有改善作用,并且能降低患者血清
内β淀粉样蛋白含量。这些研究结果证明,加味方
及其总黄酮、总多糖成分对学习记忆的促进作用具
有多种途径。
不少中药被证明对海马细胞不同的离子通道具
有作用,例如,氧化苦参碱对海马神经元细胞膜钠电
流有明显的抑制作用,且这种作用具有浓度依赖
性[10];六味地黄汤含药血清可通过作用于延迟整流
K+通道,对神经元起到保护作用[11]。至于中药复
方成分或者单体对于 VDCC通道影响的研究,目前
仅见银杏内酯B可以抑制 Aβ140引起的 VDCC通道
超载[12]。另有大量中医药对于钙离子通道的研究
报道,集中于报道中药单体对于心肌 L钙通道具有
抑制作用 。
黄酮类成分具有很强的生物活性,对于神经退
行性疾病具有良好作用。本实验首次证明了125,
250,500mg·L-1的加味方总黄酮可以对抗 Aβ2535
对ICa的增强作用,表明其还可以通过降低 ICa进而
降低[Ca2+]i,发挥对损伤神经元的保护作用。淫
羊藿苷和金丝桃苷正是加味方君药淫羊藿和菟丝子
的主要黄酮成分,本实验室前期的高效液相结果证
明加味方总黄酮的成分主要为淫羊藿苷和金丝桃苷
等黄酮类成分,总多糖成分主要为枸杞多糖
等[1314]。另有实验证明淫羊藿苷也可以对抗Aβ2535
对ICa的增强作用,这从一个侧面反映淫羊藿作为加
味五子衍宗方君药的合理性。但是动物实验证明有
效的浓度为125,250,500mg·L-1总多糖成分对于
损伤的VGCCs没有表现出效果,考虑它对学习记忆
的保护作用不是通过此机制或者药物剂量还未达到
有效浓度所致。
神经元内的钙离子超载引起损伤的可能机制包
括:①触发Ca2+依赖的级联反应,直接损伤靶细胞
或产生细胞毒性物质,最终导致神经细胞的损伤和
死亡;②抑制 ATP合成,最终使线粒体通透性转换
孔呈高通透状态,线粒体肿胀破坏,细胞能量耗竭,
同时触发其释放大量钙离子,致使细胞内超过承受
钙离子的限度时,使多种酶激活,细胞功能紊乱,死
亡;③诱发细胞凋亡,一些可以轻度提高钙离子浓度
的物质如谷氨酸受体激活剂,在使钙离子升高的水
平而又低于可引起细胞坏死时的浓度即可诱导细胞
凋亡[1516]。加味五子衍宗方总黄酮降低胞内
[Ca2+]i的机制目前还不清楚,是否参与了这些下游
的干预也有待进一步研究。
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EfectoftotalflavonoidsofJiaweiWuziYanzongprescriptiononVGCCs
inducedbyamyloidβ2535peptideinCA1pyramidalneuronsof
rathippocampalslice
LILi1,CAIHaoran2,LILin2,WANGXuemei1
(1DepartmentofIntegratedChineseandWesternMedicine,FirstHospital,PekingUniversity,Beijing100034,China;
2DeparatmentofCentralLaboratory,FirstHospital,PekingUniversity,Beijing100034,China)
[Abstract] Objective:ToexploretheefectofthetotalflavonoidsofJiaweiWuziYanzongprescriptionontheVoltagegated
calciumchanneloftheCA1pyramidalcelofrathippocampus.Method:Theinwardcalciumcurentwasrecordedbythewholecel
patchclampandtheamplitudeofitwasthoughttoobservetheefectofAβ2535andthetotalflavonoids.Thehippocampusofratwas
separatedandcutintoslices.Activepyramidalcelsofsliceswerechosenforthewholecelpatchclamprecording.Afterexposureto
Aβ2535,voltagesteps(500ms)wereusedtodepolarizestepwiseinarangefrom50to+50mV(increment:5mV).AninwardCa
2+
curentwhichwassuggestedtobesurveywasevoked.Applicationofthetotalflavonoidswastobeobservedifithadefectonthisvolt
agedependedinwardcurent.Result:Aβ2535couldenhancethecalciumcurenttoinduceintracelularcalciumoverload.Theampli
tudeofthecontrolgroupwas-(1571±199)pA,butafterapplicationofAβ2535thecurentenhancedto-(3232±234)pA.
Whenthetotalflavonoidsatconcentrationof125,250,500g·L-1wereadded,thecurentdeclinedto-(2579±316),
-(1964±298)and-(1693±340)pA,respectively.Conclusion:Aβinducedintracelularcalciumoverloadmaybeoneof
neurotoxicofβamyloidpeptide.ThetotalflavonoidsofJiaweiWuziYanzongprescriptioncansuppressinwardcalciumcurenttopro
tectneurons.
[Keywords] Aβ2535;pyramidalcels;wholecelpatchclamp;WuziYanzongprescription;voltagegatedCa
2+ channels
(VGCCs) [责任编辑 古云侠]
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