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滋補(bǔ)脾陰方藥含藥血清對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激神經(jīng)元損傷的保護(hù)作用及機(jī)制研究

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  【關(guān)鍵詞】  內(nèi)質(zhì)網(wǎng); 衣霉素; 葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78; 凋亡促進(jìn)因子CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白同源蛋白; 小鼠

  內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum, ER)廣泛存在于真核細(xì)胞中,是蛋白質(zhì)合成、折疊、運(yùn)輸以及細(xì)胞內(nèi)鈣離子儲存的主要場所。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中鈣離子紊亂和未折疊蛋白質(zhì)蓄積可引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress, ERS),發(fā)生具有保護(hù)作用的未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response, UPR)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激直接影響應(yīng)激細(xì)胞的轉(zhuǎn)歸,如修復(fù)、損傷或凋亡。神經(jīng)系統(tǒng)許多疾病與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)。最近的研究表明,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的凋亡信號傳導(dǎo)途徑可能與阿爾茨海默?。ˋlzheimer disease, AD)的發(fā)病有關(guān)。本研究觀察滋補(bǔ)脾陰方藥(Zibu Piyin Recipe, ZBPYR)含藥血清對由N糖鏈抑制劑衣霉素(tunicamycin, Tm)引起的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的影響,以探討其神經(jīng)保護(hù)機(jī)制。

  1  材料與方法

  1.1  實驗藥物  滋補(bǔ)脾陰方藥由清代吳澄《不居集》中資成湯加味而成,由紅參30 g,山藥15 g,茯苓15 g,白芍15 g,丹參12 g,白扁豆15 g,蓮肉20 g,石菖蒲10 g,遠(yuǎn)志10 g,檀香4.5 g,橘紅9 g,甘草9 g組成,均購自大連醫(yī)藥集團(tuán)藥材公司。中藥常規(guī)水煎,每毫升中藥液含生藥3.29 g,4 ℃保存?zhèn)溆谩?/P>

  1.2  主要試劑和儀器  達(dá)爾伯克改良伊格爾培養(yǎng)基(Dulbecco‘s modified eagle’s medium, DMEM)和胎牛血清,Gibco公司產(chǎn)品;胰蛋白酶和TRIReagent,Sigma公司產(chǎn)品;Tm,星形孢菌素(staurosporine, STS),日本W(wǎng)ako公司產(chǎn)品;細(xì)胞毒性檢測試劑盒,Roche公司產(chǎn)品;RNase OUT和Oligo (dt),Invitrogen公司產(chǎn)品。二氧化碳恒溫培養(yǎng)箱,Thermo Forma公司產(chǎn)品;臺式高速冷凍離心機(jī),Sigma公司產(chǎn)品;UV754紫外分光光度計,上海分析儀器總廠產(chǎn)品;溫度梯度PCR擴(kuò)增儀,Thermo Hybaid公司產(chǎn)品;酶標(biāo)儀,美國BIOTEKTM公司產(chǎn)品;凝膠成像分析系統(tǒng),UVP公司產(chǎn)品。

  1.3  中藥血清制備  取健康雄性SD大鼠(220~250 g)12只,隨機(jī)分為對照組和ZBPYR組,每組6只。適應(yīng)飼養(yǎng)3 d后,ZBPYR組給予滋補(bǔ)脾陰方藥灌胃,10 ml/kg體質(zhì)量,此劑量灌胃2次/d,連續(xù)3 d;對照組給予等體積生理鹽水灌胃。于末次給藥后1 h腹主動脈取血,靜置2 h,2 000 r/min,4 ℃離心15 min分離血清,離心半徑為16.1 cm,56 ℃,30 min滅活。0.22 μm濾膜過濾除菌,-20℃保存?zhèn)溆谩?/P>

  1.4  Neuro2a細(xì)胞的培養(yǎng)  小鼠神經(jīng)瘤母細(xì)胞Neuro2a細(xì)胞株由日本北海道大學(xué)藥學(xué)部野村靖幸教授惠贈。細(xì)胞常規(guī)復(fù)蘇后加入培養(yǎng)液于5% CO2、37 ℃培養(yǎng)箱培養(yǎng)。細(xì)胞單層長滿后用終濃度為0.25%胰蛋白酶37 ℃條件下消化3 min,以1∶3傳代。培養(yǎng)液含90% DMEM、10%胎牛血清和1%雙抗。細(xì)胞長至第三代可以使用。

  1.5  乳酸脫氫酶釋放試驗  Neuro2a細(xì)胞接種后分為對照組、10%空白血清組、5%ZBPYR組、10%ZBPYR組、15%ZBPYR組、Tm(5 μg/ml)組、10%空白血清+Tm(5 μg/ml)組、5% ZBPYR+Tm(5 μg/ml)組、10% ZBPYR+Tm(5 μg/ml)組、15% ZBPYR+Tm(5 μg/ml)組。細(xì)胞單層長至70%時按以上分組給予相應(yīng)刺激。刺激后細(xì)胞放入5%CO2、37℃培養(yǎng)箱繼續(xù)培養(yǎng)48 h后用乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase, LDH)釋放試驗檢測LDH泄漏率。LDH實驗步驟按試劑盒說明執(zhí)行。LDH泄漏率為細(xì)胞上清中LDH活性與細(xì)胞總的LDH活性比值。LDH活性測定用酶標(biāo)儀于490 nm處檢測。另外Neuro2a細(xì)胞接種后分為對照組、STS(0.1 μmol/L)組、10%空白血清+STS(0.1 μmol/L)組、15% ZBPYR+STS(0.1 μmol/L)組,待細(xì)胞單層長至70%時按以上分組給予相應(yīng)刺激。刺激后細(xì)胞放入5% CO2、37 ℃培養(yǎng)箱繼續(xù)培養(yǎng)48 h后檢測LDH泄漏率。

  1.6  逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)  實驗分組同前。細(xì)胞單層長至90%時按以上分組給予相應(yīng)刺激。細(xì)胞放入5% CO2、37 ℃培養(yǎng)箱繼續(xù)培養(yǎng)6 h.總RNA的提取和逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。(1)收集細(xì)胞用TRIReagent提取總RNA.用紫外分光光度計測定A260/A280,計算RNA濃度。(2)逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)。反應(yīng)體系為20 μl.取2 μg總RNA,加二乙基焦磷酰胺(diethyl pyrocarbonate, DEPC)水至總體積為9 μl,加0.5 μl Oligo (dt) 1218引物混合后,置70 ℃變性10 min.然后加入下列成分:5×第一鏈緩沖液5.875 μl、10 mmol/L dNTP 2 μl、0.1 mol/L DTT 2 μl、RNase抑制劑0.5 μl和逆轉(zhuǎn)錄酶0.125 μl,混合使反應(yīng)總體系為20 μl.放入46 ℃反應(yīng)1.5 h,70 ℃變性15 min,冰上5 min后進(jìn)行擴(kuò)增。(3)PCR反應(yīng)。在0.2 ml PCR管中加入1.2  μl逆轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物、sd H2O 9 μl、10 mmol/L dNTP 0.24 μl、10×PCR緩沖液1.2 μl、聚合酶0.12 μl、上游引物(20 μmol/L)0.12 μl、下游引物(20 μmol/L)0.12 μl,總反應(yīng)體系為12 μl.(4)PCR產(chǎn)物觀察。PCR產(chǎn)物經(jīng)40%丙烯酰胺凝膠電泳后,EB染色15 min,用凝膠成像系統(tǒng)進(jìn)行拍照及圖像分析,然后計算待測基因與內(nèi)標(biāo)磷酸甘油醛脫氫酶(glyceraldehyde phosphate dehydrogenase, GAPDH)吸光度的比值。PCR反應(yīng)擴(kuò)增參數(shù)如下:葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(glucose regulated protein 78, GRP78),94 ℃ 5 min,94 ℃ 1 min,55 ℃ 1 min,72 ℃ 1 min,循環(huán)22圈,72 ℃ 5 min;凋亡促進(jìn)因子CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白同源蛋白(CCAAT/EBP homologous protein, CHOP),94 ℃ 5 min,94 ℃ 1 min,60 ℃ 1 min,72 ℃ 1 min,循環(huán)25圈,72 ℃ 5 min;GAPDH,94 ℃ 5 min,94 ℃ 40 s,58 ℃ 30 s,72 ℃ 40 s,循環(huán)28圈,72 ℃ 5 min.引物序列見表1.

  表1  引物序列(略)

  Table 1  Sequence of the primers

  1.7  統(tǒng)計學(xué)方法  每組實驗重復(fù)4次,圖像分析采用LabWorks 4.6專業(yè)圖像分析軟件。數(shù)據(jù)用SPSS 13.0軟件進(jìn)行分析,兩組間差異比較采用t檢驗。

  2  結(jié)果

  2.1  LDH釋放試驗檢測ZBPYR含藥血清對Tm刺激Neuro2a后LDH泄漏率的影響  各濃度含藥血清和10%空白血清組與對照組相比,LDH泄漏率差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義,說明血清對Neuro2a細(xì)胞沒有毒性作用;Tm(5 μg/ml)組與對照組相比,LDH泄漏率明顯升高,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01);10%空白血清預(yù)處理組LDH泄漏率與Tm組相比,差異無統(tǒng)計學(xué)意義;而各濃度ZBPYR含藥血清預(yù)處理組與Tm組相比,LDH泄漏率下降明顯,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。10%藥物血清預(yù)處理組與10%空白血清預(yù)處理組相比,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。見圖1.

  2.2  RTPCR方法觀察ZBPYR含藥血清對Tm刺激Neuro2a后GRP78 mRNA表達(dá)的影響  各濃度含藥血清和10%空白血清組與對照組相比,GRP78 mRNA表達(dá)差異無統(tǒng)計學(xué)意義,說明血清對Neuro2a細(xì)胞GRP78 mRNA表達(dá)沒有影響;Tm(5 μg/ml)組與對照組相比,GRP78 mRNA表達(dá)明顯增強(qiáng)(P<0.05);而加入血清預(yù)處理1 h后再加入濃度為5 μg/ml Tm各組與Tm(5 μg/ml)組相比,GRP78 mRNA表達(dá)明顯下降(P<0.05),其中ZBPYR含藥血清預(yù)處理組GRP78 mRNA表達(dá)較空白血清預(yù)處理組GRP78 mRNA表達(dá)下降更加明顯(P<0.05)。見圖2.

  2.3  RTPCR方法觀察ZBPYR含藥血清對Tm刺激Neuro2a后CHOP mRNA表達(dá)的影響  各濃度含藥血清組與對照組相比,CHOP mRNA表達(dá)差異無統(tǒng)計學(xué)意義,說明血清對Neuro2a細(xì)胞CHOP mRNA表達(dá)沒有影響;Tm(5 μg/ml)組與對照組相比,CHOP mRNA表達(dá)增強(qiáng)(P<0.05);10%空白血清預(yù)處理組與Tm(5 μg/ml)組相比,CHOP mRNA表達(dá)差異無統(tǒng)計學(xué)意義;而各濃度ZBPYR含藥血清預(yù)處理組CHOP mRNA表達(dá)與Tm(5 μg/ml)組相比,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05);10%藥物血清預(yù)處理組與10%空白血清預(yù)處理組相比,CHOP mRNA表達(dá)差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。見圖2.

  圖1  LDH檢測Tm刺激細(xì)胞后各組細(xì)胞LDH泄漏率(略)

  Figure 1  LDH leakage from each group treated by Tm

  **P<0.01, vs normal control group; △P<0.05, △△P<0.01, vs Tmtreated group; ▲P<0.05, vs 10% control serumtreated group (n=4 for each group)。

  圖2  RTPCR法觀察Tm刺激各組細(xì)胞后GRP78和CHOP mRNA表達(dá)(略)

  Figure 2  Expressions of GRP78 and CHOP mRNAs in different groups treated by Tm (RTPCR)

  Results of RTPCR electrophoresis from each group and values of IOD from each group (n=4 for each group)。 *P<0.05, vs normal control group; △P<0.05, vs Tmtreated group; ▲P<0.05, vs 10% control serumtreated group.

  2.4  LDH釋放試驗檢測STS刺激Neuro2a后LDH泄漏率的變化  STS 0.1 μmol/L組與對照組比,LDH泄漏率升高(P<0.01);而加入15%空白血清預(yù)處理組與STS組相比,LDH泄漏率下降(P<0.05);15% ZBPYR含藥血清預(yù)處理組與STS組相比,LDH泄漏率下降(P<0.01);15% ZBPYR含藥血清預(yù)處理組與15%空白血清預(yù)處理組相比LDH泄漏率下降更加明顯(P<0.05)。見圖3.

  圖3  LDH檢測STS刺激細(xì)胞后各組細(xì)胞LDH泄漏率(略)

  Figure 3  LDH leakage from each group treated by STS

  **P<0.01, vs normal control group; △P<0.05, △△P<0.01, vs STStreated group; ▲P<0.05, vs 15% control serumtreated group (n=4 for each group)。

  3  討論

  ERS是細(xì)胞的一種應(yīng)激反應(yīng)過程,糖饑餓、鈣平衡紊亂、糖基化抑制和二硫鍵合成減少等情況下,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的微環(huán)境發(fā)生改變,蛋白質(zhì)的折疊受到影響,導(dǎo)致大量未折疊或錯誤折疊的蛋白質(zhì)堆積于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi),由此引起一系列以分子伴侶和折疊酶表達(dá)上調(diào)為標(biāo)志的應(yīng)答反應(yīng),稱為未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response, UPR)。通過UPR細(xì)胞才能在應(yīng)激情況下存活。分子伴侶GRP78與凋亡促進(jìn)因子CHOP是ERS時表達(dá)增多的兩種分子,被看作是ERS的標(biāo)志,在ERS中起著不同的作用。其中GRP78能保護(hù)細(xì)胞,而CHOP則是促進(jìn)細(xì)胞凋亡。因此通過藥物干預(yù)后研究它們的表達(dá)情況可以進(jìn)一步了解藥物對ERS的作用。AD是一種常見的神經(jīng)退行性疾病,病理特征為淀粉樣蛋白的沉積、神經(jīng)原纖維纏結(jié)、tau蛋白異常磷酸化和區(qū)域選擇性神經(jīng)元死亡[1]。AD與基因突變有關(guān),主要有編碼淀粉樣蛋白前體基因(amyloid protein precursor, APP)和早老素(presenilin, PS)基因,這些基因都與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有關(guān)。AD相關(guān)的早老素突變,誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)并且通過改變APP的蛋白水解加工作用而部分地增強(qiáng)對應(yīng)激誘導(dǎo)的凋亡的易損性。PS1突變通過細(xì)胞表面有活性的鈣離子流入的直接減少,不依賴APP,并間接地通過APP處理作用和淀粉樣肽的產(chǎn)生增加內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣離子釋放來解除對神經(jīng)元鈣離子穩(wěn)態(tài)的控制。這種鈣離子穩(wěn)態(tài)的干擾將改變APP的加工,過量生成β淀粉樣蛋白142(amyloid βprotein 142, Aβ142),同時內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣失衡,激活鈣蛋白激酶,切割內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的caspase12,從而激活caspase12介導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)特異性凋亡路徑,最終形成AD的病理變化[2]。除了鈣離子失調(diào),PS突變下調(diào)UPR并增強(qiáng)對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的易損性[3]。PS1突變還誘導(dǎo)了一個內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中與應(yīng)激介導(dǎo)的凋亡途徑有關(guān)的凋亡前因子CHOP的表達(dá)[4]。PS是γ分泌酶復(fù)合物的一部分,與β分泌酶一起,裂解APP產(chǎn)生Aβ,并且PS突變增加總Aβ和Aβ142的產(chǎn)生。Aβ能直接引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的鈣離子釋放并且誘導(dǎo)了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和神經(jīng)毒性[5]。因而,在AD中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是引發(fā)和調(diào)節(jié)神經(jīng)元死亡的一個主要事件。現(xiàn)有研究顯示在AD神經(jīng)元死亡中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激凋亡途徑和線粒體損傷的凋亡途徑相互影響,起著調(diào)控凋亡級聯(lián)反應(yīng)的作用[6]。中醫(yī)認(rèn)為人體的生長、發(fā)育和衰老與“腎”密切相關(guān)?!澳I精虛衰”是衰老的主要原因。同時又認(rèn)為“脾胃為血氣陰陽之根蒂”,“脾胃既和,其人壽;脾胃不和,其人夭”,因此也重視奉養(yǎng)脾胃精氣在延年中的作用[7]。老年癡呆發(fā)病于老年期。老年期脾胃氣衰,飲食減少,脾虛則化源不足,腦髓失養(yǎng),神機(jī)失調(diào)而發(fā)為本病。因此脾虛是老年性癡呆的基本病機(jī),脾的功能衰退在老年性癡呆發(fā)病過程中起著主導(dǎo)作用,并貫穿于全過程[8]。脾的生理功能是脾之陰陽共同作用的結(jié)果。脾陰是指存在于脾臟的陰液(包括血、津液和水谷精微等)和脾的物質(zhì)形態(tài)及其滋潤濡養(yǎng)功能。由于脾與大腦關(guān)系密切,脾陰虧虛嚴(yán)重影響大腦的意識、學(xué)習(xí)、思維、記憶和情緒等功能,導(dǎo)致一系列與腦相關(guān)的精神意識病證如意識不清、學(xué)習(xí)記憶能力下降和情緒失常等。因此,滋補(bǔ)脾陰應(yīng)當(dāng)是防治老年癡呆的一個重要措施。滋補(bǔ)脾陰方藥由清代吳澄《不居集》中資成湯加味而成,以人參補(bǔ)脾益氣生津,山藥益胃補(bǔ)脾養(yǎng)陰,白芍養(yǎng)陰緩急,丹參活血養(yǎng)血益陰,茯苓健脾安神益智等,共奏健脾益陰之效。本組以往的研究顯示,滋補(bǔ)脾陰方藥能通過改善老齡大鼠腦細(xì)胞線粒體膜Na+K+ATP酶、Ca2+Mg2+ATP酶活性,調(diào)節(jié)膜磷脂代謝障礙和修飾膜的作用[9],以及延緩興奮性氨基酸受體N甲基D門冬氨酸(NmethylDaspartic acid, NMDA)受體、γ氨基丁酸(gammaaminobutyric acid, GABA)受體染色陽性神經(jīng)元在衰老過程中喪失,同時抑制神經(jīng)膠質(zhì)纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein, GFAP)的表達(dá),起到神經(jīng)保護(hù)、延緩腦衰老的作用[10]。本實驗中Tm刺激Neuro2a細(xì)胞LDH釋放試驗結(jié)果表明,在加入滋補(bǔ)脾陰方藥含藥血清預(yù)保護(hù)后,可以明顯降低Tm刺激細(xì)胞后的LDH泄漏率,結(jié)合RTPCR觀察到滋補(bǔ)脾陰方藥含藥血清預(yù)處理后,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激標(biāo)志物GRP78及CHOP mRNA的表達(dá)受到抑制,兩種實驗結(jié)果的同步性可以推斷滋補(bǔ)脾陰方藥具有抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的作用。STS刺激Neuro2a細(xì)胞LDH釋放試驗結(jié)果表明,加入滋補(bǔ)脾陰方藥含藥血清預(yù)處理后,可以明顯降低STS刺激細(xì)胞后的LDH泄漏率(STS是線粒體凋亡途徑誘導(dǎo)劑)。因而表明滋補(bǔ)脾陰方藥同時具有保護(hù)線粒體損傷的作用。以上的研究結(jié)果為滋補(bǔ)脾陰方藥應(yīng)用于臨床防治AD提供了依據(jù)。AD是一種常見的神經(jīng)退行性病變,其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,目前尚無有效的治療手段,對社會和人們的生活造成嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)?,F(xiàn)有的研究表明,神經(jīng)元的凋亡在AD的發(fā)病過程中起著重要的作用。而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激凋亡途徑和線粒體損傷的凋亡途徑已被證明在AD的發(fā)病過程中起著協(xié)同作用。我們的實驗證明,滋補(bǔ)脾陰方藥對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激凋亡途徑和線粒體損傷的凋亡途徑具有雙重作用,因而有助于AD的防治,加之中藥治療有著毒副作用低、經(jīng)濟(jì)實惠的優(yōu)點,更易于為人們所接受。

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