高铁饮食诱发老年痴呆 — 运用特别小鼠模型进行的机理研究

Iron accumulation in the central nervous system (CNS) is a common feature of many neurodegenerative diseases. However, the mechanism of cellular iron metabolism in the CNS remains unclear. In previous study, we demonstrated that the brain iron is deposited in multiple sites of the brain tissue in Hephaestin (Hp) and Ceruloplasmin (Cp) of double (Hp/Cp) knockout mice with oxidative stress injury. In this project, we will use knock-out and knock-in mouse models of Hp-/-/Cp-/-/APP+/+ and iron overload mouse model which feeds a high iron diet, and also we will use the primary cell culture and passage (SH-SY5Y) cell line to prove: (1) that a correlation between the amount of brain iron and the incidence of Alzheimer’s disease (AD) and neuropathological changes associated with AD including the formation of senile plaques, containing β-amyloid fibrils which enhance the toxicity of β-amyloid; (2) to feed mice with a high iron diet can increase the amount of brain iron which develops a cognitive behavioral disorders; (3) to prove that β-amyloid can generate damaging reactive oxygen species (ROS), directly contributing to oxidative brain damage using the primary and passage cells ; (4) to clarify the mechanism which high brain iron can increase the formation of senile plaques and neurofibrillary tangles, induce oxidative stress injury in the level of the molecular biology; (5) to clarify why the elderly should control uptake of dietary iron as it may pose hazard to human health.

我们前期的研究证明双亚铁氧化酶（Hp-/-/Cp-/-）敲除小鼠脑多部位出现严重的脑铁沉积，是正常脑铁量的5-10倍以上并诱发氧化应激损伤。在本课题中，我们将运用Hp-/-/Cp-/-/APP阳性小鼠模型、营养学实验模型、原代细胞和传代细胞模型试图证明：1）脑铁沉积可以促进阿尔茨海默症(AD)模型小鼠中海马及大脑老年斑和神经原纤维缠结的形成、发展，并加重其毒性；2）通过高铁饲料、标准饲料的不同时间段喂养，观察渐进性脑铁过载对正常小鼠和AD模型小鼠的行为认知功能的影响；3）在原代细胞和传代细胞水平证明：AD的淀粉样蛋白斑需在铁离子的参与下形成，并产生破坏性的活性氧而损伤大脑；4）从分子生物学水平解释脑铁含量增高可促进老年斑和神经原纤维缠结的形成，引发氧化应激损伤的作用机理；5）阐明为什么中老年人要避免高铁饮食，降低脑铁含量，以减缓老年痴呆的形成和发展，达到多种途径预防老年痴呆的重要目的。

铁是一种过渡金属元素，在机体氧化产能过程中会产生过剩的自由基造成氧化应激损伤。铁在脑组织作为电子传递者及众多蛋白及酶的辅助因子，参与脑内许多重要的生理生化过程。脑细胞内铁稳态的失衡，如缺铁或铁过载均会引起神经系统的病变。本研究项目从体内、体外实验两个部分，探讨脑内高铁对小鼠、特别是老龄小鼠的危害，并从分子生物学和行为认知功能水平加以证实。.体内实验部分：我们首先使用前期获得的Hp/Cp双基因敲除小鼠进行相关研究证实：Hp/Cp 双基因敲除小鼠脑内铁的沉积是渐进性发生，而小鼠脑内铁的沉积可以引起氧化应激损伤和认知行为障碍；相继，我们从南京大学模式动物研究所购得APP/PS1双转基因（AD）小鼠和年龄匹配的同窝对照小鼠（WT），分别给于正常对照饲料（铁含量：50mg/kg）和高铁饲料（铁含量:14g/kg）喂养至30周后进行实验。结果提示膳食中铁过量仅可导致APP/PS1小鼠海马神经病理学病变，但同基因型小鼠给予不同饲料喂养比较，未见明显的氧化应激损伤和认知功能障碍；考虑到铁过载对机体的影响是一个缓慢、长期的过程，而APP/PS1转基因小鼠一般仅可存活9个月龄。我们决定增加一组野生型老龄小鼠实验，即从一岁龄起，给予高铁饲料喂养至近2岁龄，通过对比野生型年轻小鼠和老龄小鼠脑组织对高铁饲料的不同反应，证明仅高铁饲料老龄组小鼠出现脑组织神经病理学病变及氧化应激损伤和认知功能障碍；.体外实验部分：我们使用相关的原代细胞模型和传代AD细胞模型作为研究的靶细胞，分别给与高铁治疗24小时，形成细胞内高铁状态。结果表明两种高铁细胞均出现铁蛋白升高，后者Aβ1-42 和tau磷酸化蛋白出现高表达。此结果进一步证明细胞内高铁可以加重老年痴呆样病变。.通过本研究课题，我们从分子生物学水平（包括动物水平和细胞水平）阐明为什么中、老年人要避免高铁饮食，降低脑铁含量，以减缓老年痴呆的形成和发展，达到多种途径预防老年痴呆的重要目的。

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