Toutes les expériences sur les animaux ont été approuvées par le Comité d'éthique du bien-être des animaux de laboratoire de l'Université de médecine traditionnelle chinoise du Shandong (SDUTCM20221101001).
Médicaments
La poudre sèche en granulés QFY a été préparée et testée par le centre de recherche et développement Houpu de Lunan Pharmaceutical. La donepezil et la mémantine ont été achetées auprès de Shanghai Yuanye Technology. Des souris mâles 5xFAD, dont le poids corporel initial était compris entre 19 et 27 g, ont été utilisées dans cette étude. La dose de QFY a été dérivée de la dose clinique humaine de 43 g/j, ce qui correspond à 16,297 g/j après ajustement pour la poudre sèche en granulés QFY. La dose moyenne pour la présente expérience a été calculée à partir de la dose clinique humaine (16,297 g/70 kg × 9,1 = 2,11861 g/kg/j). La dose élevée a été fixée à deux fois la dose moyenne (4,24 g/kg/j), et la dose faible à la moitié de la dose moyenne (1,06 g/kg/j). Toutes les solutions médicamenteuses ont été administrées à un volume de 0,1 mL pour 10 g de poids corporel.
Pour le contrôle positif, une administration combinée de donepezil et de chlorhydrate de mémantine a été utilisée. Les doses ont été déterminées en se référant aux doses actuellement utilisées en clinique (10 mg/j et 20 mg/j, respectivement) ainsi qu'aux données antérieures de notre groupe de recherche, conduisant à un régime de 1,0 mg/kg/j de donepezil associé à 2,8 mg/kg/j de mémantine, pour une dose totale combinée de 3,8 mg/kg/j. La concentration finale du mélange donepezil-mémantine a été préparée à 0,38 mg/mL, calculée en divisant 3,8 mg/kg par le volume d'administration de 0,1 mL par 10 g de poids corporel.
Des solutions de QFY à faible, moyenne et forte dose ont été préparées comme suit : 5,3 g, 10,6 g et 21,2 g de poudre sèche de QFY ont été placés chacun dans des béchers séparés de 100 mL, mélangés avec 30 mL d'eau purifiée en agitant soigneusement, transférés dans des cylindres gradués, puis complétés à un volume final de 50 mL avec de l'eau purifiée, donnant des concentrations massiques finales respectives de 0,106 g/mL, 0,212 g/mL et 0,424 g/mL. Pour le témoin positif, 5 mg de donepezil et 14 mg de mémantine ont été dissous dans de l'eau purifiée et ajustés à un volume final de 50 mL. Les animaux de chaque groupe ont reçu une fois par jour la solution médicamenteuse correspondante par gavage oral.
Animaux
Les souris transgéniques 5xFAD [B6. Cg-Tg (APPSwFlLon, PSEN1* M146L* L286V)6799Vas/Mmjax] ont été élevées en laboratoire. Les animaux ont tous été maintenus dans un environnement SPF à l'Université de médecine traditionnelle chinoise du Shandong, avec une température de 22–24 oC, une humidité de 50–60 %, et un cycle lumineux de 12 heures d'obscurité et 12 heures de lumière. La nourriture et l'eau ont été fournies aux animaux en permanence.
À l'âge de 2,5 mois, des souris mâles 5xFAD ont été réparties aléatoirement en cinq groupes : 5xFAD non traitées, donepézil plus mémantine, faible dose de QFY, dose moyenne de QFY et forte dose de QFY. Des souris mâles témoins de type sauvage (WT) appariées par âge ont servi de groupe contrôle WT. Les traitements ont été administrés une fois par jour pendant 220 jours. (Figure 1).
Tests comportementaux
Test de force de préhension
La force musculaire squelettique des membres antérieurs des souris a été mesurée à l’aide d’un dynamomètre de préhension23. Pendant l’expérience, l’appareil de test était positionné horizontalement, de sorte que la souris reste parallèle à la surface de la table. Une fois l’appareil allumé, la souris était placée délicatement sur la plaque de préhension. Lorsque la souris avait saisi fermement la plaque, sa queue était tirée vers l’arrière avec une force uniforme jusqu’à ce qu’elle relâche sa prise. La force maximale de préhension était alors enregistrée. Cette mesure était répétée trois fois, et la moyenne de ces valeurs était utilisée pour déterminer la force de préhension de la souris.
Test de la démarche
La régularité de la démarche des souris a été mesurée à l'aide du système CatWalk XT. L'expérience a été divisée en une période d'entraînement et une période de test24. Un jour auparavant, les souris expérimentales ont été transférées dans la salle expérimentale afin de leur permettre de s'adapter au nouvel environnement. Pendant la période d'entraînement, les souris étaient placées au point de départ et parcouraient le canal jusqu'au point d'arrivée. Chaque souris était entraînée trois fois par jour. Après trois jours d'entraînement (jusqu'à ce que chaque souris traverse rapidement le canal), les souris étaient ramenées dans leur cage. La période de test était identique à la période d'entraînement, et le logiciel informatique analysait automatiquement chaque trajectoire de mouvement. Des points verts apparaissaient si la trajectoire était valide, des points oranges si elle était non valide, et au moins trois points verts étaient requis par souris pour être considérée comme valide ; les données ont été analysées à l'aide du logiciel CatWalkXT 10.0.
Test de la boîte de transfert
Le test de la boîte de transfert a été utilisé pour évaluer la capacité d'évitement actif conditionnel chez les souris25. L'appareil était constitué d'une boîte de transfert (18 cm x 18 cm) placée dans une chambre insonorisée. L'expérience comprenait une période d'apprentissage de 4 jours suivie d'une période de test d'1 jour. Chaque jour d'apprentissage, les souris bénéficiaient d'une période d'adaptation de 120 s dans la boîte de transfert avant le début de l'entraînement. Chaque essai commençait par un stimulus conditionné de 6 s (ton de 70 dB à 1000 Hz combiné à une lumière de 500 lux), suivi d'un choc plantaire de 3 s à 0,3 mA délivré par le plancher grillagé, et se terminait par un intervalle inter-essai de 12 s. Si la souris passait dans le compartiment opposé pendant le stimulus conditionné, le choc était omis et la réponse était enregistrée comme un évitement actif. Si la souris ne traversait pas pendant le stimulus conditionné mais passait pendant le choc plantaire, cela était enregistré comme une réponse d'évitement passif. Si la souris ne traversait pas durant tout l'essai, cela était enregistré comme un échec d'évasion. L'entraînement était répété pendant 4 jours consécutifs avec 30 essais par jour. Pendant la période de test (jour 5), le choc plantaire était omis tandis que tous les autres paramètres restaient identiques à ceux de la période d'apprentissage. Le nombre de réponses d'évitement actif était enregistré comme mesure principale de l'apprentissage et de la mémoire.
Labyrinthe aquatique de Morris
Le test du labyrinthe aquatique de Morris a été utilisé pour évaluer les capacités d'apprentissage spatial et de mémoire des animaux expérimentaux26. L'expérience a été réalisée dans un réservoir de 120 cm de diamètre et de 50 cm de profondeur. Le réservoir était rempli d'eau blanche trouble, dont la température était maintenue à 21 °C. Une plateforme de 10 cm de diamètre a été installée à 1 cm sous la surface de l'eau dans l'un des quadrants. Des repères visuels ont été placés autour du bassin comme points de repère spatiaux pour les souris. Le processus d'apprentissage s'est déroulé sur quatre jours consécutifs, chaque session quotidienne commençant dans l'un des trois quadrants. Les positions de départ variaient de manière pseudo-aléatoire parmi les quatre points cardinaux. À chaque essai, la procédure prenait fin lorsque l'animal atteignait avec succès la plateforme. Une durée maximale de 60 s par essai a été fixée ; si l'animal ne parvenait pas à localiser la plateforme dans ce délai, il était guidé délicatement vers celle-ci. Après avoir rejoint la plateforme, l'animal se voyait accorder un bref repos de 10 s avant d'être ramené dans sa cage d'origine. Une fois la période d'apprentissage terminée, la phase de test commence 24 h plus tard. Le jour 5, les souris sont placées depuis le quadrant opposé à celui de la plateforme. La latence d'échappement pendant la phase de test, le temps de déplacement dans le quadrant cible et le nombre de passages au-dessus de l'emplacement initial de la plateforme sous l'eau ont été enregistrés.
Test de nidification en colonie
Les activités quotidiennes des animaux expérimentaux ont été évaluées à l'aide du test de nidification en colonie27. L'expérience a duré 24 h, avec trois animaux par groupe. Après l'administration du médicament le même jour, de nouvelles cages ont été préparées, garnies de 6 g de papier doux destiné à la nidification, et des photographies ont été prises à 6 h, 12 h et 24 h. À la fin de l'expérience, le papier était dispersé dans toute la cage, sans morsure : 1 point. Les morceaux de papier étaient regroupés sur un côté de la cage, mais de façon lâche, sans nids formés, ni déchirure ni pliage apparents : 2 points ; les morceaux de papier étaient rassemblés et pliés en un nid formé mais relativement plat, sans déchirure évidente : 3 points ; un nid profond, composé de papier largement déchiqueté, obtenait un score de 4. À la fin de l'expérience, les fragments de papier intacts (définis comme des fragments pesant >0,1 g qui n'avaient pas été déchirés ou intégrés au nid) ont été soigneusement recueillis, séchés à l'air libre, puis pesés à l'aide d'une balance électronique (précision : 0,01 g).
Échantillonnage et collecte d'échantillons
Nous avons prélevé des échantillons uniquement à partir des groupes WT, 5xFAD et QFY (2,12 g/kg/j). Après l'asphyxie au CO2, les têtes ont été sectionnées, l'hémisphère droit a été rapidement ouvert pour séparer l'hippocampe et le cortex, rincé avec une solution saline tamponnée au phosphate (PBS), puis placé dans des tubes congelés de 1,5 mL dans de l'azote liquide. Les échantillons ont été conservés à -80 oC en vue de tests biochimiques. L'hémisphère gauche a été fixé par immersion dans du paraformaldéhyde à 4 % pendant 24 h, déshydraté par immersion dans de l'éthanol absolu, inclus dans de la cire de paraffine, coupé en sections de 5 µm, puis déparaffinisé pour la détection immunohistochimique.
Dosage immuno-enzymatique (ELISA)
Des ELISA ont été réalisés pour quantifier les niveaux de protéines cibles dans les tissus cérébraux. Les concentrations d'Aβ1–40 et d'Aβ1–42 dans les homogénats d'hippocampe ont été mesurées à l'aide de kits commerciaux, tandis que les niveaux corticaux de GAP-43, de PSD-95 et de SYN ont été déterminés à l'aide de kits provenant de Jiangsu Enzyme Immunoassay Industry. Toutes les procédures ont été strictement réalisées conformément aux protocoles des fabricants. Des séries standards ont été préparées par dilution sérielle selon les instructions des kits. La disposition de la microplaque comprenait des puits témoins, des puits standards, des puits d'échantillons 5xFAD, des puits d'échantillons traités par QFY (2,12 g/kg/j) et des puits de type sauvage. Avant le chargement, tous les échantillons ont été dilués au demi avec le diluant fourni. Les réactifs ont été ajoutés en maintenant la pointe de la pipette perpendiculaire au fond du puit, puis légèrement agités pour assurer un mélange complet.
Après la scellement de la plaque, une incubation initiale a été réalisée à 37 °C pendant 30 min. Pendant cette période, le tampon de lavage a été préparé en diluant le stock concentré avec de l'eau ultrapure dans un rapport de 1:29 (1 mL de concentré pour 29 mL d'eau). Après l'incubation, le film de scellement a été retiré, le liquide a été éliminé et la plaque a été séchée par tamponnement. Chaque puits a ensuite été rempli avec 200 µL de tampon de lavage, laissé reposer pendant 30 s, puis vidé ; ce cycle a été répété 5 fois. Un réactif marqué par une enzyme (50 µL) a ensuite été ajouté dans tous les puits sauf les témoins blancs, puis la plaque a été rescellée et incubée à nouveau à 37 °C pendant 30 min, suivie d'une étape identique de lavage répétée cinq fois.
Pour le développement de la couleur, 50 µL de solution chromogène A ont été ajoutés à chaque puits, suivis de 50 µL de solution chromogène B, avec un mélange doux après chaque ajout. La plaque a été incubée à 37 °C à l’abri de la lumière pendant 10 min. La réaction enzymatique a été interrompue en ajoutant 50 µL de solution d’arrêt par puits, ce qui a rapidement transformé la couleur bleue en jaune. L’absorbance (densité optique) a été mesurée à 450 nm à l’aide d’un lecteur de microplaques, les puits témoins servant de référence ; toutes les mesures ont été effectuées dans les 15 min suivant l’arrêt de la réaction.
Luminex
Les niveaux corticaux des facteurs SASP ont été mesurés à l'aide du kit Bio‑Plex Pro Mouse Cytokine 23‑plex Assay, tous les protocoles étant réalisés conformément aux instructions du fabricant. Les réactifs ont été sortis du stockage à 4 °C et laissés équilibrer à température ambiante pendant 30 min avant utilisation. Les stocks standards ont été dilués en série afin de générer une courbe standard à sept points, plus un puits témoin, conformément au protocole du kit. Les billes magnétiques ont été pré-mélangées et diluées à la concentration de travail recommandée ; les anticorps de détection ont été préparés sous forme de solutions de travail ; et le concentré de tampon de lavage a été dilué à 1x avec de l'eau déionisée. Le conjugué PE‑streptavidine a également été dilué à 1x à l'aide du tampon de dilution fourni.
Pour le dosage, 50 µL de suspension de billes, d'étalons, de contrôles de qualité et d'échantillons tissulaires dilués (5,6 µg/µL) ont été ajoutés séquentiellement dans les puits désignés selon la disposition de la plaque. La plaque a ensuite été scellée et incubée toute la nuit à 4 °C avec agitation orbitale à 800 tr/min. Après l'incubation, les billes ont été lavées trois fois avec 200 µL de tampon de lavage par puits. Ensuite, 50 µL de l'anticorps de détection préparé ont été ajoutés à chaque puits, et la plaque a été incubée pendant 1 h à température ambiante sous agitation à 800 tr/min. Après trois nouveaux cycles de lavage, 50 µL de solution working de streptavidine-PE ont été ajoutés, et la plaque a été incubée pendant 30 min supplémentaires à température ambiante dans les mêmes conditions d'agitation. Une étape finale de lavage (trois fois avec 200 µL de tampon de lavage) a été effectuée, après quoi 150 µL de tampon de lavage ont été ajoutés à chaque puits, et la plaque a été agitée pendant 2 min à température ambiante à 800 tr/min avant d'être lue sur l'appareil Bio-Plex.
Coloration SA-β-Gal et immunohistochimie
La coloration SA-β-Gal a été réalisée selon le protocole du kit de coloration par la β-galactosidase de sénescence. Après la coloration SA-β-Gal, les sections ont subi une récupération des antigènes par chauffage dans un tampon au citrate (pH 6,0). L'activité peroxydasique endogène a été bloquée par une incubation des sections dans une solution bloquante des peroxydases pendant 10 min à température ambiante. Les sections ont ensuite été incubées avec un anticorps monoclonal de lapin anti-Aβ₁-₄₂ (1:400) à 4 °C toute la nuit. Après lavage, les sections ont été incubées avec un anticorps secondaire IgG anti-lapin/souris pendant 20 min à température ambiante. Après nouveaux lavages, la réactivité immunohistochimique a été visualisée à l'aide de DAB pendant 2 min. Enfin, les sections ont été déshydratées, clarifiées et montées avec une résine neutre en vue de leur examen microscopique.
Immunofluorescence
Pour la coloration par immunofluorescence, les sections en paraffine ont été déparaffinisées dans le xylène (3 × 15 min) puis réhydratées à l’aide d’une série d’alcools gradués (100 %, 95 % et 75 % ; 2 × 5 min chacun). La récupération des épitopes a été réalisée en immergeant les sections dans un tampon citrate de sodium 1x à 95 °C pendant 30 min, puis en laissant refroidir progressivement jusqu’à la température ambiante. Après trois rinçages avec du tampon salin phosphate contenant du Tween 20 (PBST) (5 min chacun), les sections ont été perméabilisées et bloquées avec un sérum de chèvre normal à 10 % contenant 0,3 % de Triton X‑100 pendant 90 min à température ambiante. Les sections ont ensuite été incubées avec des anticorps primaires dirigés contre p21/CIP1/CDKN1A (1:200) et Aβ₁‑₄₂ (1:400) à 37 °C pendant 2 h. Après quatre lavages avec du PBST (5 min chacun), les sections ont été incubées avec des anticorps secondaires conjugués à la fluorochrome Alexa Fluor, spécifiques à l’espèce (1:500), à 37 °C pendant 2 h à l’abri de la lumière. Après des lavages supplémentaires (4 × 5 min dans du PBST), les sections ont été montées avec un milieu de montage antifade contenant du DAPI et observées au microscope à fluorescence.
Coloration Golgi-Cox
La coloration de Golgi-Cox a été réalisée à l’aide d’un kit commercial, conformément aux instructions du fabricant. Les solutions A et B ont été mélangées 24 heures avant l’expérience. Après euthanasie des souris, les tissus cérébraux ont été rapidement extraits, rincés au PBS, puis immergés dans le mélange des solutions A et B. Les tissus ont été conservés à température ambiante à l’abri de la lumière pendant 6 heures, après quoi la solution d’imprégnation a été remplacée par une solution fraîche et l’incubation a été poursuivie pendant 2 semaines supplémentaires à température ambiante à l’abri de la lumière (au moins 2 mL de solution d’imprégnation par tissu cérébral). Les tissus ont ensuite été transférés dans la solution C et incubés pendant 24 heures, puis remplacés par de la solution C fraîche et incubés pendant 7 jours supplémentaires à température ambiante à l’abri de la lumière. Les tissus cérébraux ont été sectionnés à une épaisseur de 100 µm à l’aide d’un vibratome. Les sections ont été montées sur des lames recouvertes de gélatine et laissées sécher à température ambiante pendant 3 jours. Les lames ont été rincées deux fois à l’eau distillée (5 minutes chacun), puis immergées dans un mélange des solutions D, E et eau distillée (dans un rapport 1:1:2) pendant 15 minutes. Après deux nouveaux rinçages à l’eau distillée (5 minutes chacun), les sections ont été déshydratées par des solutions d’éthanol graduelles (50 %, 75 % et 95 % ; 5 minutes chacune), suivies de quatre rinçages dans de l’éthanol absolu (4 minutes chacun) et de trois rinçages dans le xylène (5 minutes chacun). Enfin, les sections ont été recouvertes d’un milieu de montage. Les images ont été acquises au microscope, et la densité des épines dendritiques a été quantifiée à l’aide d’ImageJ.
Analyse statistique
Tous les résultats ont été exprimés comme moyenne ± écart-type. Les données ont été analysées et représentées graphiquement à l'aide de GraphPad Prism 8.1.0. Le test t de Student a été utilisé pour comparer deux groupes. Pour les comparaisons impliquant plusieurs groupes, une ANOVA à un facteur a été utilisée, avec des comparaisons par paires effectuées à l'aide du test de Dunnett. La signification statistique a été fixée à p < 0,05.
Analyses multivariées et de corrélation
Une analyse en composantes principales (ACP) a été réalisée à l'aide de GraphPad Prism 8.0.1 afin de visualiser le regroupement par groupe des facteurs SASP (IL-1α, IL-1β, IL-6, IL-17A, IFN-γ, CCL3, CCL4 et CCL5) parmi les groupes WT, 5xFAD et QFY (2,12 g/kg/jour) (n = 8 par groupe). Le diagramme des scores a été généré à partir des deux premières composantes principales. Aucune transformation des données n'a été appliquée avant l'ACP. Une analyse de corrélation de Pearson a été effectuée pour évaluer les relations linéaires entre les facteurs SASP et les protéines synaptiques (PSD-95, GAP-43 et SYN), ainsi qu'avec Aβ₁₋₄₀, Aβ₁₋₄₂ et le rapport Aβ₁₋₄₂/Aβ₁₋₄₀. L'analyse a été réalisée à l'aide de GraphPad Prism, avec un seuil de significativité bilatéral de p < 0,05. Des matrices de corrélation et une carte thermique ont été générées pour visualiser l'intensité et la direction des associations.