孫治坤 馬興榮 韓 笑 張錢林 張杰文△
1)河南省人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,河南 鄭州 450003 2)鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,河南 鄭州 450052
·論著科研之窗·
白藜蘆醇對(duì)阿爾茨海默病合并糖尿病大鼠的氧化應(yīng)激作用
孫治坤1)馬興榮2)韓 笑1)張錢林1)張杰文1)△
1)河南省人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,河南 鄭州 450003 2)鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,河南 鄭州 450052
目的觀察白藜蘆醇對(duì)阿爾茨海默病合并糖尿病大鼠模型腦內(nèi)氧化應(yīng)激的作用。方法動(dòng)物隨機(jī)分為對(duì)照組、阿爾茨海默病合并糖尿病模型組、白藜蘆醇對(duì)照組和白藜蘆醇治療組。模型組采用鏈脲佐菌素腹腔內(nèi)注射誘導(dǎo)出糖尿病的大鼠模型,在腦立體定位儀的指導(dǎo)下把凝聚態(tài)的Aβ1-40注射到糖尿病大鼠腦內(nèi)的雙側(cè)海馬內(nèi),白藜蘆醇對(duì)照組和白藜蘆醇治療組從術(shù)后1周開始每天給予25 mg/kg的白藜蘆醇灌胃,持續(xù)4周。采用Morris水迷宮試驗(yàn)檢測(cè)大鼠學(xué)習(xí)記憶水平,同時(shí)測(cè)定大鼠腦皮質(zhì)和海馬組織乙酰膽堿酯酶(AchE)和膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(ChAT)的活性以及與氧化應(yīng)激有關(guān)的丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)及谷胱甘肽(GSH)活性的變化情況。結(jié)果與對(duì)照組相比,阿爾茨海默病合并糖尿病模型組大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力明顯下降(P<0.05),且腦皮質(zhì)和海馬組織內(nèi)AchE活性明顯升高(P<0.05),而ChAT的活性卻明顯降低(P<0.05);阿爾茨海默病合并糖尿病模型組腦皮質(zhì)和海馬組織內(nèi)MDA的活性與對(duì)照組相比明顯升高(P<0.05),而SOD及GSH活性卻明顯降低(P<0.05)。與阿爾茨海默病合并糖尿病模型組相比,白藜蘆醇治療組上述指標(biāo)的變化程度均明顯減輕(P<0.05)。結(jié)論白藜蘆醇可明顯提高阿爾茨海默病合并糖尿病大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力,其作用機(jī)制通過調(diào)節(jié)腦組織內(nèi)乙酰膽堿代謝以及氧化應(yīng)激反應(yīng)實(shí)現(xiàn)。
阿爾茨海默?。话邹继J醇;氧化應(yīng)激;糖尿??;大鼠;乙酰膽堿酯酶(AchE);膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(ChAT);丙二醛(MDA);超氧化物歧化酶(SOD);谷胱甘肽(GSH)
當(dāng)前,隨著人們生活水平的逐漸提高以及整個(gè)社會(huì)人口老齡化的逐步進(jìn)展,糖尿病(diabetes melli-tus,DM)和阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)均已經(jīng)成為老年人中最為普遍的疾病。臨床上,這兩種疾病往往并存,給整個(gè)社會(huì)和家庭帶來沉重的負(fù)擔(dān),然而,目前卻沒有單純同時(shí)針對(duì)這兩種疾病的有效治療措施。白藜蘆醇是一種具有強(qiáng)抗氧化功能的化合物,以往研究認(rèn)為,其在多種、多個(gè)系統(tǒng)性疾病中具有保護(hù)作用[1-6]。然而,關(guān)于其是否可以同時(shí)對(duì)糖尿病及阿爾茨海默病有保護(hù)作用的研究甚少。本研究擬采用AD合并DM大鼠模型,從氧化應(yīng)激的角度深入探討白藜蘆醇對(duì)AD合并DM的作用,為臨床治療同時(shí)有DM和AD的患者提供新的理論基礎(chǔ)。
1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是由河南省實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供的健康Wistar大鼠,8~10月齡,體質(zhì)量250~300 g,不限性別。動(dòng)物購(gòu)回后常規(guī)飼養(yǎng)3 d,觀察其有無異常情況,同時(shí)用Morris水迷宮試驗(yàn)篩選出60只相對(duì)比較靈活的大鼠,按照隨機(jī)分組的原則,把篩選出來的60只大鼠平均分為4組:對(duì)照組(假手術(shù)組)、AD合并DM病組、白藜蘆醇對(duì)照組(假手術(shù)后應(yīng)用白藜蘆醇治療)、白藜蘆醇治療組(AD合并DM模型后應(yīng)用白藜蘆醇治療)。
1.2 AD合并DM模型腹腔內(nèi)注射鏈脲佐菌素(55 mg/kg,STZ,購(gòu)自美國(guó)Sigma 公司,使用前用0.1 mol/L檸檬酸鹽緩沖液進(jìn)行配置,pH 4.5),3 d后尾靜脈采血,測(cè)定尾靜脈血的血糖含量,當(dāng)測(cè)出的隨機(jī)血糖持續(xù)>16.7 mmol/L的大鼠才符合慢性糖尿病的標(biāo)準(zhǔn),提示糖尿病大鼠模型成功。當(dāng)成功造模出糖尿病大鼠后,常規(guī)飼養(yǎng)1周,使用10%水合氯醛(3 mL/kg)通過腹腔內(nèi)注射的方法麻醉糖尿病模型大鼠,通過腦立體定位儀牢固地固定住大鼠的顱骨,然后進(jìn)行備皮以及皮膚的消毒,切開大鼠的頭顱頂中線,切口長(zhǎng)約2 cm,小心分離皮下組織,暴露出大鼠的前囟,按照大鼠腦立體定位圖譜的指導(dǎo),在中線旁2.0 mm處輕輕地垂直進(jìn)針,深度約2.9 mm,然后使用牙科鉆把顱骨打開,把1 μL凝聚態(tài)的Aβ1-40(購(gòu)自Sigma 公司,購(gòu)回后先用生理鹽水制成母液存放在-80 ℃的冰箱里,使用前取出在37 ℃的孵育箱中孵育24 h后使用)用5 μL的微量進(jìn)樣器緩緩地注射入糖尿病大鼠的雙側(cè)海馬內(nèi),注入后留針約10 min,緩慢撤針(為避免撤針時(shí)凝聚態(tài)的 Aβ1-40蛋白溢出來),撤針后縫合皮膚、消毒傷口[7]。術(shù)后常規(guī)飼養(yǎng)1周,Morris水迷宮對(duì)造模大鼠進(jìn)行初步篩選,首先檢測(cè)出對(duì)照組大鼠游到平臺(tái)的平均時(shí)間,以平均值+5%作為標(biāo)準(zhǔn),再檢測(cè)出造模的大鼠上臺(tái)所需要的時(shí)間,如果所用時(shí)間超出這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值,表明AD合并DM大鼠造模成功。對(duì)照組大鼠的制作是把等體積的檸檬酸緩沖液緩慢注射入大鼠腹腔內(nèi)及等體積的生理鹽水緩慢注射到大鼠雙側(cè)海馬。白藜蘆醇對(duì)照組和白藜蘆醇治療組大鼠均在術(shù)后1周通過Morris水迷宮初步篩選后,每天給予25 mg/kg的白藜蘆醇(購(gòu)自Sigma公司,使用時(shí)溶于2 mL的0.5 g/L羧甲基纖維素鈉中)灌胃,連續(xù)4周。對(duì)照組大鼠及AD合并DM大鼠分別使用等量0.5 g/L羧甲基纖維素鈉治療。
1.3行為學(xué)檢測(cè)參照我們以前的實(shí)驗(yàn)方法[7-8],Morris水迷宮設(shè)備購(gòu)自上海中國(guó)醫(yī)科院,該設(shè)備由3個(gè)部分組成:圓形的水池、分析系統(tǒng)和自動(dòng)攝像系統(tǒng),檢測(cè)實(shí)驗(yàn)有定位航行實(shí)驗(yàn)和空間搜索實(shí)驗(yàn)。(1)定位航行實(shí)驗(yàn):該實(shí)驗(yàn)主要對(duì)各組大鼠的行為學(xué)進(jìn)行訓(xùn)練和測(cè)試。圓形的水池壁是黑色的,水池的直徑約120 cm,深約30 cm,在水中可加入黑色的食用色素,從而使水池中的水不清亮,水溫要求恒定在22 ℃左右,把水池均分為4個(gè)象限,在第2象限水面下1~2 cm有一個(gè)黑色的小圓形平臺(tái),直徑約9 cm,每只大鼠進(jìn)行4 d、4次/d的訓(xùn)練,每次訓(xùn)練持續(xù)180 s,而每2次訓(xùn)練間隔30 min左右,按照隨機(jī)原則從4個(gè)象限中選擇每次訓(xùn)練的入水點(diǎn),但每相鄰兩天的入水順序必須不一致,如果訓(xùn)練時(shí)大鼠能夠在180 s內(nèi)上臺(tái),就允許這只大鼠在這個(gè)小平臺(tái)上停留約30 s左右;如果大鼠在180 s內(nèi)的訓(xùn)練時(shí)間內(nèi)不能發(fā)現(xiàn)這個(gè)平臺(tái),就把這只大鼠牽引到這個(gè)平臺(tái)上,并讓大鼠停留在平臺(tái)上約30 s,這種情況下,該大鼠的潛伏期定為180 s。整個(gè)訓(xùn)練和檢測(cè)中,使用攝像頭跟蹤記錄大鼠在水池中的游泳軌跡,記錄后把這些數(shù)據(jù)輸入到特定的計(jì)算機(jī)中計(jì)算大鼠到達(dá)小平臺(tái)的潛伏期及游泳距離。(2)空間搜索實(shí)驗(yàn)主要是測(cè)量大鼠對(duì)那個(gè)小平臺(tái)空間位置的記憶保持能力。在前一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的次日,撤掉水池中的平臺(tái),分2次隨機(jī)在距離原平臺(tái)位置最遠(yuǎn)的2個(gè)象限里把實(shí)驗(yàn)大鼠放入水中,記錄并認(rèn)真分析該大鼠在平臺(tái)所在象限內(nèi)的時(shí)間百分比以及游泳距離百分比[7-8]。
1.4大鼠皮質(zhì)和海馬組織內(nèi)指標(biāo)的檢測(cè)參照我們以前的實(shí)驗(yàn)方法[7-8],按照試劑盒的說明書進(jìn)行檢測(cè)(AchE及ChAT活性檢測(cè)試劑盒購(gòu)自中國(guó)南京建成生物公司;MDA及SOD活性檢測(cè)試劑盒購(gòu)自中國(guó)上海賽默飛科技有限公司;GSH活性檢測(cè)試劑盒購(gòu)自美國(guó)Cayman Chemical公司)。樣品的制作:斷頭法處死各組大鼠,迅速取出腦組織,冰盒上快速小心剝離出大鼠的大腦皮質(zhì)和海馬組織,分別稱重后,冷凍保存在液氮中,使用前取出后加入預(yù)冷的生理鹽水中,在冰盒上研磨制成組織勻漿,用購(gòu)自Sigma 公司的Biorad蛋白定量試劑盒進(jìn)行蛋白含量的檢測(cè),測(cè)定好樣品中蛋白含量后分別仔細(xì)按照試劑盒說明書進(jìn)行指標(biāo)的測(cè)定,具體如下:(1)AchE活性的檢測(cè):乙酰膽堿經(jīng)過AchE的水解可以生成乙酸和膽堿,其中的膽堿與巰基顯色劑起反應(yīng)后可以生成對(duì)稱三硝基苯(TNB,Sym Trinitrobenzene),所生成的TNB在412 nm處具有最大的吸光度值,我們通過測(cè)定吸光度計(jì)算出需要檢測(cè)的膽堿酯酶活力,所得數(shù)值的單位以U/mg Pro表示。(2)ChAT活性的測(cè)定:ChAT可以促進(jìn)膽堿和乙酰輔酶A起反應(yīng),其反應(yīng)的產(chǎn)物和顯色劑結(jié)合后,在324 nm處具有最佳的吸光度值,通過測(cè)定這個(gè)吸光度計(jì)算出ChAT的活性,結(jié)果單位以U/mgPro表示。(3)丙二醛(MDA)的活性測(cè)定:硫代巴比妥酸(TBA)可以和MDA結(jié)合形成紅色產(chǎn)物,該紅色的產(chǎn)物在523 nm處有最大吸收峰,通過檢測(cè)這個(gè)吸光光度值可以計(jì)算出MDA的活性,其單位用nmol/mg Pro表示。(4)超氧化物歧化酶(SOD)活性的測(cè)定:采用黃嘌呤氧化法對(duì)SOD的活性進(jìn)行檢測(cè),SOD的活性以每mg組織蛋白中50%的SOD被抑制時(shí)所對(duì)應(yīng)的SOD量作為一個(gè)亞硝酸鹽單位(U/mgPro)表示。(5)谷胱甘肽(GSH)活性檢測(cè):由于巰基化合物和二硫代二硝基甲酸起反應(yīng)時(shí)能產(chǎn)生一種化合物呈現(xiàn)出黃色,該化合物在412 nm處具有最大的吸收峰值,我們檢測(cè)這個(gè)吸光度值算出GSH的活性,該活性單位以mg/gPro表示[9]。
2.1白藜蘆醇對(duì)AD合并DM大鼠的空間學(xué)習(xí)記憶能力的影響定位航行實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在大鼠訓(xùn)練的第1~3天,AD合并DM組平均上臺(tái)前所需要的時(shí)間(潛伏期)以及上臺(tái)前游泳的距離與其他3組相比無明顯差別(P>0.05,圖1);第4天時(shí),AD合并DM組平均上臺(tái)前所需要的時(shí)間及上臺(tái)前所游泳的距離明顯高于對(duì)照組(P<0.05,圖1),而白藜蘆醇治療組上述指標(biāo)變化程度均明顯低于模型組(P<0.05,圖1)。
注:與對(duì)照組比較,*P<0.05;與模型組比較,#P<0.05圖1 定位航行實(shí)驗(yàn)結(jié)果 A:各組在訓(xùn)練的4 d中平均上臺(tái)潛伏期;B:各組在訓(xùn)練的4 d中平均上臺(tái)前游泳的距離
空間搜索實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,實(shí)驗(yàn)第5天時(shí),撤除掉平臺(tái)后,AD合并DM組與對(duì)照組相比,第2象限中游泳的平均時(shí)間百分比和平均距離百分比均明顯降低(P<0.05,圖2),但白藜蘆醇治療組在第二象限中無論是游泳的時(shí)間百分比還是游泳距離百分比均明顯高于模型組(P<0.05,圖2)。
注:與對(duì)照組比較,*P<0.05;與模型組比較,#P<0.05圖2 空間搜索實(shí)驗(yàn)結(jié)果 A:各組在平臺(tái)所在象限中游泳的時(shí)間百分比;B:各組在平臺(tái)所在象限中游泳的距離百分比
2.2白藜蘆醇對(duì)AD合并DM大鼠皮質(zhì)和海馬組織AchE、ChAT活性的影響模型組大鼠腦皮質(zhì)和海馬組織內(nèi)AchE活性均較對(duì)照組明顯升高(P<0.05表1),ChAT的活性均較對(duì)照組明顯降低(P<0.05,表1);白藜蘆醇治療組腦皮質(zhì)和海馬組織內(nèi)AchE活性均較AD合并DM組明顯降低(P<0.05,表1),而ChAT的活性均較AD合并DM組明顯升高(P<0.05,表1)。
表1 白藜蘆醇對(duì)AD合并DM大鼠皮質(zhì)、海馬AchE、ChAT活性的影響
注:與對(duì)照組比較,*P<0.05;與模型組比較,#P<0.05
2.3白藜蘆醇對(duì)AD合并DM大鼠模型的皮質(zhì)和海馬MDA、SOD活性及GSH含量的影響AD合并DM組腦皮質(zhì)和海馬組織內(nèi)MDA含量與對(duì)照組相比明顯升高(P<0.05,表2),SOD活性與對(duì)照組相比明顯降低(P<0.05,表2),GSH含量與對(duì)照組相比也明顯降低(P<0.05,表2);白藜蘆醇治療組腦皮質(zhì)和海馬組織內(nèi)MDA含量與AD合并DM組相比明顯降低(P<0.05,表2),SOD活性與AD合并DM組相比明顯升高(P<0.05,表2),GSH含量與AD合并DM組相比明顯升高(P<0.05,表2)。
表2 白藜蘆醇對(duì)AD合并DM大鼠皮質(zhì)、海馬MDA、SOD及GSH活性影響
注:與對(duì)照組比較,*P<0.05;與模型組比較,#P<0.05
近年來,阿爾茨海默病和糖尿病的發(fā)病率逐漸增高,尤其是阿爾茨海默病,是一種和年齡相關(guān)性疾病,隨著人們年齡的逐漸增長(zhǎng),發(fā)病率也越來越高。流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn),日本人群中65歲以上老年人阿爾茨海默病的患病率3.5%~5.8%;而西方國(guó)家阿爾茨海默病的患病率在85歲以上的人群中高達(dá)47%~50%。糖尿病的發(fā)病率也逐漸增高,國(guó)際糖尿病聯(lián)盟(IDF)最新數(shù)據(jù)顯示,全世界范圍內(nèi)共有4.15億成年人糖尿病,比2013年增加了0.33億。研究證實(shí),糖尿病是AD的一個(gè)非常重要的高危因素[10-12],糖尿病患者并發(fā)阿爾茨海默病的風(fēng)險(xiǎn)也非常高,這兩種疾病往往并存于一個(gè)患者中。然而,目前針對(duì)糖尿病患者合并阿爾茨海默病的預(yù)防以及認(rèn)知障礙的治療尚缺乏有效的措施。
白藜蘆醇是目前研究及應(yīng)用較多的一類具有較強(qiáng)抗氧化、清除自由基等作用[4]的化合物,它在多種系統(tǒng)性疾病中均具有保護(hù)作用[1-6]。本實(shí)驗(yàn)中,我們以氧化應(yīng)激為指標(biāo),首次設(shè)想采用AD合并DM的大鼠模型研究白藜蘆醇對(duì)這兩種疾病并存的治療作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn),通過水迷宮試驗(yàn)檢測(cè)表明,白藜蘆醇能明顯改善AD合并DM組大鼠受損的學(xué)習(xí)記憶功能(P<0.05)。
中樞膽堿能系統(tǒng)是大腦中與學(xué)習(xí)記憶關(guān)系密切的神經(jīng)遞質(zhì),其核心是Ach。Ach是由于膽堿和乙酰輔酶A在ChAT的催化下合成的,由AchE進(jìn)行分解,因此Ach在腦內(nèi)含量的動(dòng)態(tài)平衡是由ChAT和AchE共同維持的。阿爾茨海默病的一個(gè)標(biāo)志性的生化特征是腦內(nèi)ChAT活性下降,當(dāng)腦內(nèi)ChAT的活性下降而AchE的活性增高時(shí)就加速了Ach的分解,使腦內(nèi)Ach的含量降低,進(jìn)而使患者的學(xué)習(xí)記憶和認(rèn)知能力下降[13]。本研究發(fā)現(xiàn),白藜蘆醇治療組與AD合并DM模型組相比,大鼠腦皮質(zhì)和海馬AchE的活性明顯降低,而ChAT的活性卻明顯升高(P<0.05),提示白藜蘆醇能改善AD合并DM大鼠腦內(nèi)Ach的含量。
在對(duì)糖尿病或阿爾茨海默病的發(fā)病機(jī)制研究中,氧化應(yīng)激都具有重要的地位[14]。在阿爾茨海默病患者中,腦內(nèi)的氧化應(yīng)激和自由基可以使乙酰膽堿酯酶的活性受到抑制,提示阿爾茨海默病患者的衰老和癡呆可能與氧化應(yīng)激相關(guān)。在糖尿病的發(fā)病中,研究也認(rèn)為,胰島素抵抗和β細(xì)胞功能受損與氧化應(yīng)激也是密切相關(guān)的。MDA是由氧自由基引起的一種氧化反應(yīng)的代謝產(chǎn)物,其含量可反映體內(nèi)生物膜不飽和脂肪酸的過氧化程度,從而間接地反映引起生物膜不飽和脂肪酸發(fā)生過氧化反應(yīng)的氧自由基的水平[15]。SOD是生物體內(nèi)最為重要的一種氧自由基清除酶,它可以通過催化O2-發(fā)生歧化反應(yīng)清除體內(nèi)所產(chǎn)成的氧自由基,所以人們可通過測(cè)定體內(nèi)或組織內(nèi)SOD的活性評(píng)估機(jī)體清除自由基的能力。GSH在機(jī)體內(nèi)的作用主要是特異性催化還原型谷胱甘肽的還原反應(yīng),從而起到穩(wěn)定細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和保護(hù)細(xì)胞功能的作用[16]。因此,在該研究中,我們對(duì)各組大鼠腦內(nèi)MDA、SOD及GSH的含量均進(jìn)行了詳細(xì)的檢測(cè)。既往研究發(fā)現(xiàn),白藜蘆醇對(duì)單獨(dú)糖尿病大鼠腦內(nèi)氧化應(yīng)激有明顯的保護(hù)作用[17-19]。我們的研究表明,AD合并DM組大鼠腦皮質(zhì)和海馬組織內(nèi)MDA含量與對(duì)照組相比明顯升高,而SOD活性及GSH含量卻明顯降低(P<0.05),白藜蘆醇治療后,大鼠腦皮質(zhì)和海馬組織上述指標(biāo)的變化程度均明顯降低(P<0.05),提示白藜蘆醇可保護(hù)AD合并DM大鼠免遭氧化應(yīng)激的損傷。
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EffectsofresveratrolonthememoryimpairmentandoxidativestressinratmodelofAlzheimer'sdiseasewithdiabetesmellitus
SUNZhikun*,MAXingrong,HANXiao,ZHANGQianlin,ZHANGJiewen
*DepartmentofNeurology,HenanProvincialPeople’sHospital,Zhengzhou450003,China
ObjectiveTo investigate the effects of resveratrol on memory impairment and oxidative stress in the rat model of Alzheimer's disease with diabetes mellitus.MethodsWe used the streptozotocin intraperitoneal injection and then Aβ1-40hippocampal injection to establish the Alzheimer's disease with diabetic rat model.The spatial learning and memory performance were tested by the Morris water maze,we also examined the activity of acetylcholinesterase (AchE),choline acetyltransferase (ChAT),malondialdehyde(MDA),superoxide dismutase (SOD) and glutathione (GSH) in cortex and hippocampus.ResultsThe results showed that resveratrol could successfully inhibit the memory impairment,increase the ChAT,SOD and GSH activity,decrease the AchE and MDA activity in diabetic with Alzheimer's disease rat model.ConclusionResveratrol can protect the Alzheimer's disease with Diabetic rat model by decreasing memory impairment and oxidative stress.
Alzheimer’s disease;Resveratrol;Oxidative stress;Diabetes mellitus;Rats;Acetylcholinesterase(AchE);Choline acetyltransferase(ChAT);Malondialdehyde(MDA);Superoxide dismutase(SOD);Glutathione(GSH)
10.3969/j.issn.1673-5110.2017.23.001
河南省醫(yī)學(xué)普通科技攻關(guān)資助項(xiàng)目(201503154)
△通信作者:張杰文(1965-),男,博士,主任醫(yī)師。研究方向:癡呆與認(rèn)知障礙。Email:zhangjiewen9900@126.com
R-332
A
1673-5110(2017)23-0001-05
(收稿2017-02-10)
夏保軍
信息:孫治坤,馬興榮,韓笑,等.白藜蘆醇對(duì)阿爾茨海默病合并糖尿病大鼠的氧化應(yīng)激作用[J].中國(guó)實(shí)用神經(jīng)疾病雜志,2017,20(23):1-5.