重復(fù)經(jīng)顱磁刺激對腦老化相關(guān)認知功能損害的影響及機制探討.pdf

1、腦老化是指隨著年齡增長腦組織出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)和功能的退行性現(xiàn)象，隨著腦老化的進展，健康老年人的認知功能表現(xiàn)為學(xué)習(xí)、記憶能力的下降，主要與聯(lián)結(jié)記憶能力下降有關(guān)，同時伴有內(nèi)分泌功能減退，而內(nèi)分泌功能的減退可能與甲狀腺激素(thyroid hormones, TH)分泌異常以及血脂調(diào)節(jié)紊亂有關(guān)。TH的分泌受下丘腦—垂體—甲狀腺軸(hypothalamic-pituitary-thyroid, HPT)調(diào)控，激活HPT軸，能夠使促甲狀腺激素（thyr

2、oid stimulating hormone，TSH）分泌增加，進而通過正反饋調(diào)節(jié)使TH的分泌增加，而增加的TH又能促進脂肪降解。有研究報道TSH水平可能和認知功能呈正相關(guān)；高脂血癥能增加中年后罹患阿爾茲海默?。ˋlzh-eimer's disease，AD）和血管性癡呆（vascular dementia，VD）的風(fēng)險，血脂增高會進一步加重認知功能的損害。因此，控制血脂、增加TSH可能有益于改善老年人的認知功能。
　　那么如何

3、預(yù)防腦老化，延緩癡呆是當(dāng)下神經(jīng)科學(xué)關(guān)注的熱點。重復(fù)經(jīng)顱磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS）作為一種無痛、無損傷的皮層刺激方法，具有操作簡便、安全可靠等優(yōu)點，近些年在臨床中得到廣泛應(yīng)用。課題組前期研究顯示rTMS能夠改善自然老化小鼠的認知功能，同時發(fā)現(xiàn)給予老化小鼠全腦rTMS后，在小鼠前額葉區(qū)發(fā)現(xiàn)膽固醇含量下降，并且膽固醇含量的下降與認知功能顯著相關(guān)。我們前期的一系列

4、研究從中樞機制方面證實了rTMS作用使細胞膜電位發(fā)生改變，進而引起細胞功能發(fā)生變化，同時引起細胞代謝發(fā)生改變。rTMS引起細胞功能的改變及細胞代謝變化，其機制可能是通過影響神經(jīng)可塑性來實現(xiàn)的。本課題組同期通過腦成像技術(shù)（MRI）證實了rTMS干預(yù)改善認知功能是通過調(diào)節(jié)老年人的腦可塑性來實現(xiàn)的。老年人大腦雖然保留了可塑性，但隨著年齡增長而發(fā)生的大腦結(jié)構(gòu)改變，可能會影響老年人大腦的可塑性程度，因此，提示了早期干預(yù)的必要性。但是，在此研究之前

5、尚未有研究系統(tǒng)地探討rTMS干預(yù)對健康老年人認知的作用，對腦老化的早期干預(yù)研究還比較少。同時，關(guān)于rTMS對內(nèi)分泌激素影響方面的研究甚少，且研究結(jié)果不盡一致。那么，老年人外周血脂及TH的改變是否與認知功能改善相關(guān)，其機制是否與調(diào)節(jié)腦的可塑性有關(guān)，是否通過改變突觸可塑性來調(diào)節(jié)腦組織代謝，進而調(diào)節(jié)HPT軸？目前尚未見報道。
　　因此本課題：(1)擬觀察rTMS干預(yù)是否能夠改善老年人認知功能，探討其潛在的內(nèi)分泌機制。(2)擬檢測SAMP

6、8小鼠海馬區(qū)突觸相關(guān)蛋白、mRNA的變化，探討rTMS干預(yù)改善老化相關(guān)認知功能的突觸可塑性機制，為外周血脂及TH改變可能參與調(diào)節(jié)腦可塑性這一中樞機制提供理論支持。
　　第一部分：重復(fù)經(jīng)顱磁刺激對老年人認知功能的影響
　　目的：觀察rTMS對健康老年人認知功能(主要是聯(lián)結(jié)記憶功能)的影響。
　　方法：
　　1、經(jīng)過招募、入組篩查后，將入組的50例老年人按照隨機數(shù)字表法隨機分配至磁刺激干預(yù)組(rTMS組)25例和假刺

7、激對照組(Sham組)25例， rTMS組采用10 Hz的rTMS施加于受試者右側(cè)背外側(cè)前額葉(dorsolateral prefrontal cortex, DLPFC)，干預(yù)周期為2周，每周5次，每次干預(yù)約持續(xù)20分鐘。Sham組的參數(shù)設(shè)置與rTMS組相同，不同之處為將線圈垂直于頭皮放置。
　　2、 rTMS干預(yù)前首先參加基線神經(jīng)心理測驗(前測)評估其認知功能。
　　3、 rTMS干預(yù)后，兩組老年人參加神經(jīng)心理測驗的后測

8、，以評估干預(yù)效果。整個實驗過程中，rTMS組脫落2例，Sham組脫落3例。
　　結(jié)果：
　　1、兩組受試者一般情況比較顯示，兩組受試者在年齡、性別、受教育年限、記憶癥狀以及總體認知功能方面均沒有顯著差異(P>0.05)。
　　2、受試者總體認知功能評估結(jié)果顯示，干預(yù)前兩組受試者各項認知功能評分組間均無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)；干預(yù)后rTMS組受試者Face-name和PALT兩項評分均明顯高于干預(yù)前(P<0.05)。

9、干預(yù)后Sham組受試者雖然Face-name、PALT、DSF三項評分均較干預(yù)前有所增加，但無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。干預(yù)后兩組受試者認知功能評分差值組間比較，DSB評分和Face-name評分均有明顯統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)，其余各項認知功能評分均無明顯統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。
　　第二部分：重復(fù)經(jīng)顱磁刺激改善老年人認知功能的內(nèi)分泌機制探討
　　目的：觀察rTMS干預(yù)后外周血脂、血清TH的變化，探討rTMS干預(yù)改

10、善老年人認知功能的潛在內(nèi)分泌機制。
　　方法：
　　1、第一部分招募入組的50例受試者經(jīng)過入組篩查后，將達到入組標(biāo)準的43名老年人受試者按照隨機數(shù)字表法隨機分配至磁刺激干預(yù)組（rTMS組）22例和假刺激對照組（Sham組）21例，rTMS組采用10 Hz的rTMS施加于受試者右側(cè)DLPFC，干預(yù)周期為2周，每周5次，每次干預(yù)約持續(xù)20分鐘。Sham組的參數(shù)設(shè)置與rTMS組相同，不同之處為將線圈垂直于頭皮放置。
　　2、

11、 rTMS干預(yù)前一天晨起8點統(tǒng)一進行空腹抽血，進行血脂及TH的檢測。
　　3、 rTMS干預(yù)后第二天晨起8點統(tǒng)一進行空腹抽血，進行血脂及TH的檢測。整個實驗過程中，rTMS組脫落8例，Sham組脫落5例。
　　結(jié)果：
　　1、兩組受試者一般情況比較顯示，兩組受試者在年齡、性別、受教育年限、記憶癥狀以及總體認知功能方面均沒有顯著差異(P>0.05)。
　　2、兩組受試者血清甲狀腺激素結(jié)果顯示，干預(yù)前兩組受試者各項血

12、清TH指標(biāo)組間無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)；干預(yù)后rTMS組受試者TSH、T4均明顯高于干預(yù)前(P<0.05, P＜0.01)。干預(yù)后Sham組受試者T3、T4、TSH均較干預(yù)前出現(xiàn)降低趨勢，但無明顯統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。干預(yù)后兩組受試者血清甲狀腺激素評分差值組間比較均無明顯統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。
　　3、兩組受試者血脂結(jié)果顯示，干預(yù)前兩組受試者各項血脂指標(biāo)組間無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)；干預(yù)后rTMS組受試者CHO

13、、TG、Apo-B均明顯低于干預(yù)前(P<0.05)。干預(yù)后Sham組受試者CHO、TG、HDL-C、LDL-C、Apo-A1均較干預(yù)前反而出現(xiàn)增加趨勢，但無明顯統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。Apo-B較干預(yù)前有所增加，而且差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。干預(yù)后兩組受試者血脂評分差值組間比較，CHO、TG、LDL-C、Apo-A1、Apo-B均有明顯統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)，而HDL-C無明顯統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。
　　4、

14、受試者總體認知功能評估結(jié)果顯示，干預(yù)前兩組受試者各項認知功能評分組間均無統(tǒng)計學(xué)差異（P>0.05）；干預(yù)后rTMS組受試者Face-name、PALT、DSF、DSB四項認知功能評分較干預(yù)前有所增加，但無統(tǒng)計學(xué)差異（P>0.05）。干預(yù)后Sham組受試者雖然Fluency-food、PALT、DSF三項評分均較干預(yù)前有所增加，但無統(tǒng)計學(xué)差異（P>0.05）。干預(yù)后兩組受試者認知功能評分差值組間比較，各項認知功能評分均無明顯統(tǒng)計學(xué)差異（P

15、>0.05）。
　　5、血脂、血清甲狀腺激素各項指標(biāo)與認知功能各項評分間的相關(guān)性分析顯示，rTMS組CHO值在一定范圍內(nèi)越降低，F(xiàn)ace-name評分越升高；TSH值在一定范圍內(nèi)越升高， PLAT評分越升高。rTMS組CHO值與Face-name評分呈顯著負相關(guān)(r=-0.628，P=0.016)；TSH值與PLAT評分呈顯著正相關(guān)(r=0.600，P=0.023)。
　　第三部分：重復(fù)經(jīng)顱磁刺激對SAMP8小鼠認知功能及突

16、觸可塑性相關(guān)標(biāo)志物的影響
　　目的：觀察5Hz，30％最大輸出強度的rTMS干預(yù)對SAMP8小鼠的認知功能的影響，探討其改善認知功能的機制。
　　方法：
　　1、采用7月齡雄性SAMP8小鼠隨機分為兩組：rTMS組（P8-rTMS）接受磁刺激和sham-rTMS組（P8-sham）接受假刺激；7月齡雄性SAMR1小鼠作為sham-rTMS組(R1-sham）接受假刺激，每組20只小鼠。
　　2、 rTMS干預(yù)2周

17、后通過水迷宮實驗檢測各組小鼠學(xué)習(xí)記憶能力。
　　3、 rTMS干預(yù)2周后將小鼠斷頭取腦，分離海馬組織-80℃冰箱儲存。
　　4、蛋白印跡（western blotting）分析三組小鼠海馬區(qū)突觸素（syna-ptophysin，SYN），突觸后致密物95（postsynaptic density95，PSD95），腦源性神經(jīng)生長因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF），酪氨酸受體激

18、酶受體 B（tyrosibe kinase B，TrKB）表達情況。
　　5反轉(zhuǎn)錄酶-聚合酶鏈鎖反應(yīng)（reverse transcription-polymerase chain reaction，RT-PCR）分析三組小鼠海馬區(qū)SYN、PSD95、BDNF、TrKB的表達情況。
　　結(jié)果：
　　1、水迷宮實驗結(jié)果顯示，在定位巡航實驗階段：P8-rTMS組的平均潛伏期時間較P8-sham組明顯縮短(P=0.022<0.

19、05)，前五天的平均潛伏期，同P8-rTMS組和P8-sham組比較，R1-sham組的平均潛伏期時間明顯縮短(P<0.01)。在空間探索階段：第六天測試，P8-rTMS組的平臺象限探索時間較P8-sham組明顯縮短，R1-sham組同P8-rTMS組和P8-sham組比較，平臺象限探索時間明顯縮短(R1-sham Vs P8-sham or P8-rTMS, P<0.01, and P8-rTMS Vs P8-sham, P=0.01

20、9<0.05)。穿越平臺次數(shù)：R1-sham組的穿越平臺次數(shù)明顯高于P8-rTMS組和P8-sham組(P<0.01)，P8-rTMS組的穿越平臺次數(shù)明顯高于P8-sham組(P<0.01)。上述結(jié)果表明，與SAMR1小鼠比較，SAMP8小鼠存在學(xué)習(xí)與記憶能力的下降，而連續(xù)14天的rTMS能夠明顯改善SAMP8小鼠的學(xué)習(xí)與記憶能力，但是認知功能不能恢復(fù)到類似SAMR1小鼠的水平。
　　2、 rTMS干預(yù)后SAMP8小鼠海馬SYN、

21、PSD95、BDNF、TrkB蛋白表達結(jié)果顯示，與P8-sham組相比較，14天的rTMS顯著上調(diào)了p8-rTMS組小鼠海馬區(qū)域SYN、PSD95、BDNF、TrkB蛋白的表達(P<0.05)，但是相對于R1-sham組小鼠而言，p8-rTMS組小鼠海馬區(qū)域SYN、PSD95、BDNF、TrkB蛋白的表達是低于正常水平的(P<0.05)。
　　3 rTMS干預(yù)后SAMP8小鼠海馬SYN、PSD95、BDNF、TrkB的mRNA表達

22、結(jié)果顯示，不同組別間的mRNA表達與蛋白表達結(jié)果相一致。同樣地，在R1-sham組，SYN、PSD95、BDNF、TrkB mRNA水平表達最高，且明顯高于p8-rTMS組和P8-sham組(P<0.05)。與P8-sham組相比較，rTMS顯著上調(diào)了p8-rTMS組SYN、PSD95、BDNF、TrkB的表達水平(P<0.05)。
　　結(jié)論：
　　1、 rTMS干預(yù)能夠促進聯(lián)結(jié)記憶成績的提升，改善健康老年人的認知功能。本實

23、驗為老化相關(guān)認知功能障礙的治療提供了有效的干預(yù)方案。
　　2、 rTMS降低健康老年人血脂水平、增加T3、T4、TSH的分泌，其機制可能是通過調(diào)節(jié)HPT軸，增加TH水平來實現(xiàn)的，進而改善老年人的認知功能，延緩衰老。
　　3、與SAMR1小鼠相比，7月齡SAMP8小鼠存在學(xué)習(xí)記憶能力的下降，而連續(xù)14天rTMS（5Hz，30%最大輸出強度）干預(yù)能夠顯著改善SAMP8小鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力。
　　4、連續(xù)14天rTMS（5H