沈 哲,周文鈺,余 錚

(深圳市第二人民醫(yī)院脊柱外科,廣東深圳518035)

在各種類型的不同腦部和脊髓損傷后,反應(yīng)性的星形膠質(zhì)細胞和其他非神經(jīng)元細胞產(chǎn)生了各種各樣的生長抑制因子,如硫酸角質(zhì)素蛋白聚糖(CSPGs),信號素3A,ephrins如 EphB2 和 slit等 ,這些因子促進了神經(jīng)脊髓疤痕的形成,不利于損傷神經(jīng)的再生修復[1]。應(yīng)用軟骨素酶ABC分解它們的氨基葡聚糖(GAG)鏈可以增加軸突再生。但是,軟骨素酶ABC不能完全地將GAG鏈從蛋白核心上消化下來,還剩下被稱為“導體棒”的糖類[2,3]。以木糖基轉(zhuǎn)移酶-1(XT-1)的mRNA為靶目標的DNA酶可以特異性消化特殊的GAG鏈。相同的DNA酶應(yīng)用在受損的脊髓時引起損傷部分的GAG鏈的顯著的減少和損傷神經(jīng)核周圍軸突的再生[4,5]。本研究在脊髓損傷部位加入此DNA酶,分析硫酸軟骨素蛋白的表達與ODN-PSs存在的關(guān)系。為選擇和制造可有效地減少損傷部位GAG鏈的存在和促進損傷神經(jīng)核周圍軸突的再生的消化酶提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 寡核苷酸(ODN-PSs)和引物序列 參照文獻[2]報道,序列為:

XT-1ODN-PSs:TGGGGGGACTTGGGCTAGCTACAACGAGACCTTG。

XT-1control:ACGAGTCAGGAACATCGATCGGGAA GTCCCATGC。

XT1s1:5-CTTCATCCGCCTGGGTCTTCG-3。

XT1as1:5-GTAGTGTGTGAATTCCGCAGTGG-3,擴增片斷為316 bp。以上均由上海生工生物技術(shù)公司合成。

1.2 實驗用鼠 新生SD大鼠,由吉林大學白求恩醫(yī)學院實驗動物中心提供。

1.3 抗體和分生試劑 抗鼠CS-56單克隆抗體,兔抗鼠GFAP抗體和多聚賴氨酸為美國SIGMA公司產(chǎn)品,HRP-羊抗兔和HRP-羊抗鼠IgG(l+H)購于北京鼎國生物技術(shù)有限責任公司;Trizol試劑為Invitragen產(chǎn)品;逆轉(zhuǎn)錄試劑盒、TaqDNA聚合酶、DL-2000 Marker、瓊脂糖、DEPC均為大連寶生物公司產(chǎn)品。

1.4 脊髓損傷模型制備及實驗分組 正常對照組4只,模型組60只。按照改良AllenWD法[6]制成脊髓損傷模型后,再隨機分為ODN-PSs XT-1實驗組30只和實驗對照組 30只。將模型組大鼠腹腔注射2%戊巴比妥鈉(30 mg/kg)麻醉后,俯臥位固定在立體定位儀的手術(shù)臺上,以胸椎7(T7)為中心備皮、常規(guī)碘酒、乙醇消毒,鋪無菌單,沿小鼠后正中線縱行切開背部皮膚及皮下組織,剝離棘突旁肌肉,切除T7棘突及椎板,暴露脊髓硬膜。將打擊器的打擊頭(直徑2 mm)放置于T7處硬膜上,將引導重物下落玻管調(diào)節(jié)至與重錘線平行后,連接打擊頭與打擊器,取10 g重砝碼作為重錘,使從玻璃管頂自然下落,撞擊重物擊打打擊頭,造成脊髓損傷;迅速撤開打擊裝置,逐層縫合切口,術(shù)后每8 h擠尿1次;術(shù)后30分鐘,模型實驗組手術(shù)部位注射ODN-PSs XT-1生理鹽水溶液(50 μ g/kg體重),對照組注射等量生理鹽水,均為2次/日,直到動物處死;兩組大鼠分別于傷后1、4、7、10、14d 隨機抽取 5 只,斷脊柱 ,取損傷段脊髓組織,包括損傷段上下各約0.5 cm,標記損傷中心刺激脊髓損傷樣本;其中隨機取其中兩份樣本,-80℃冰箱內(nèi)保存,用于RT-PCR和CS-56的免疫印跡分析;另外三份樣本放于4%多聚甲醛中固定,用于免疫組化染色分析。用于免疫組化染色分析的脊髓損傷樣本先后經(jīng)固定、脫水、石蠟包埋,平行脊髓縱軸右向左連續(xù)切片,厚度為4 mm。脫蠟后進行HE染色、免疫組化染色、RT-PCR和Western blot。

1.5 HE染色分析

切片在二甲苯中脫蠟20分鐘,移入二甲苯和純酒精(80∶20)混合液中10分鐘左右。加入100%、90%、80%、70%酒精,各級為 5分鐘。蘇木精染液染色10分鐘。水洗玻片上多余染液,1%鹽酸酒精(70%酒精配制)分色片刻。鏡檢控制,直至細胞核及核內(nèi)染色質(zhì)清晰為止,約數(shù)10秒鐘。蒸餾水短洗后,加0.5%伊紅染液染色10分鐘。依次經(jīng)70%、80%、90%、100%酒精脫水,各級為5分鐘。封片顯微鏡下觀察、記錄結(jié)果。

1.5.1 免疫組化染色檢測脊髓組織中的GFAP,CSPGs的表達 分別滴加兔抗鼠GFAP和CS-56(1∶100)抗體 滴加 FITC-羊抗兔 IgG(1∶500),37℃孵育30分鐘封片。C1Plus共焦激光掃描顯微鏡下觀察結(jié)果拍照。每組隨機選5張標本片,于美國Motic公司Motic ImagesAdvanced 3.1圖象處理系統(tǒng)測定陽性結(jié)構(gòu)熒光顯色密度,并計數(shù)陽性顆粒數(shù)。

1.6 RT-PCR檢測脊髓組織中的CSPGs和GFAP表達

參考Goetting[2]方法,取與免疫印跡相同的脊髓標本,經(jīng)均勻粉碎后用Trizol溶解,提取制備細胞總RNA,在完成RT-PCR反應(yīng)。具體操作過程如下:

1.6.1 總RNA制備及逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng) 首先按照Trizol試劑盒說明提取細胞內(nèi)總RNA,然后進行逆轉(zhuǎn)錄 ,其反應(yīng) 體系為 :dNTPs(10 mmol/L)40 μ l,RNase inhibitor 0.5 μ l,Random primer 0.5 μ l,總 RNA(1 μ g/μ l)2 μ l,點動離心,,再加入 AMV 逆轉(zhuǎn)錄酶 0.5 μ l,5×逆轉(zhuǎn)錄緩沖液5.0 μ l,DEPC 水10.5 μ l。稍離心,37℃孵育60 min,90℃孵育5 min后,冰浴迅速冷卻。

1.6.2 RT-PCR反應(yīng) PCR反應(yīng)體系為:10×Taq酶 buffer(含 Mg2+)50 μ l,dNTPs(10 mmol/L)2 μ l,上(或下)游引物(10 pmol/l)20 μ l,RT 產(chǎn)物 10 μ l,Taq酶 10 μ l,DEPC 水 37 μ l。 先 94℃預變性 5 min;然后94℃變性1min,58℃退火1 min,72℃延伸2min。完成35個循環(huán);最后72℃延伸10 min。

1.6.3 產(chǎn)物分析 取5 μ l PCR擴增產(chǎn)物,加6×樣品緩沖液1 μ l,用含溴化乙啶的1.0%的瓊脂糖凝膠電泳,通過凝膠成像系統(tǒng)進行拍照,記錄結(jié)果。

1.7 Western blot檢測脊髓組織中CSPGs的表達

制備0.5 M pH7.6 Tris-HCl緩沖液及細胞裂解液。將上述制備的脊髓樣本,分成實驗模型對照組和ODN-PSs XT-1治療組,按不同時間點取樣本,進行免疫印跡分析。

2 實驗結(jié)果

根據(jù)SCI術(shù)后各時段,SCI術(shù)后第7天GFAP表達達到最高峰,因此選用SCI術(shù)后第7天的脊髓切片標本作為進一步研究的材料。

2.1 HE染色分析脊髓損傷模型組組織出血、疏松水腫、細胞空泡變性、部分細胞細胞核固縮、神經(jīng)纖維溶解、消失。ODN-PSs XT-1組脊髓組織恢復最明顯,其組織水腫消失,空泡變性減輕,神經(jīng)細胞形態(tài)恢復,結(jié)構(gòu)排列完整(見圖1)。

2.2 脊髓切片CS-56的FITC染色共聚焦顯微鏡觀察損傷7天的結(jié)果為例顯示,ODN-PSs XT-1組密度為45.75±1.750與脊髓損傷模型組89.95±1.659相比CSPGs的表達明顯降低,二者有顯著性差異。

2.3 脊髓切片GFAP的FITC染色結(jié)果表明在脊髓組織中,星形膠質(zhì)細胞占多數(shù)。與OND-PSs實驗干預組相比較,脊髓損傷模型對照組膠質(zhì)細胞數(shù)量偏多,如圖3所示。

圖1 術(shù)后7天脊髓切片的HE染色生物顯微鏡下結(jié)果

圖2 脊髓切片CS-56的FITC染色共聚焦顯微鏡結(jié)果

2.4 脊髓損傷樣本的GFAP和CSPGs的RT-PCR結(jié)果表明在脊髓組織中,脊髓損傷模型對照組的GFAP和CS-56表達水平均高于OND-PSs實驗干預組,條帶密度掃描結(jié)果顯示脊髓損傷模型對照組GFAP基因的表達量4.358±0.214是OND-PSs XT-1實驗干預組1.051±0.065的4.18倍,CSPGs對照組表達量為3.203±0.157是OND-PSs XT-1組 0.825±0.049的3.882倍,P＜0.01具有統(tǒng)計學意義。

圖3 脊髓切片GFAP的FITC染色共聚焦顯微鏡結(jié)果

2.5 脊髓損傷樣本的CS-56的Western blot表明在脊髓組織中,CSPSs基因和蛋白的表達水平均很高。而且脊髓損傷模型對照組的CSPSs基因和蛋白的表達水平均高于OND-PSs XT-1實驗干預組,密度比為3.403±0.138;Western blot條帶密度掃描結(jié)果顯示脊髓損傷模型對照組CS-56蛋白的表達量OND-PSs XT-1實驗干預組的4.27倍,二者之間有顯著性差異(P＜0.01)如圖6所示。

圖4 脊髓損傷樣本中CSPGs的RT-PCR分析結(jié)果

圖5 脊髓損傷樣本中GFAP的RT-PCR分析結(jié)果

圖6 SCI術(shù)后第7天,脊髓切片的CSPG的Western blot染色條帶結(jié)果

3 討論

本研究的目的是為了驗證在脊髓損傷后,表達增加的帶有PGs的GAG在導致神經(jīng)軸突再生障礙過程中起到關(guān)鍵作用的假說。為了達到這一目的,我們使用了一種新的DNA酶來分解PGs[7]。實驗成功建立了大鼠脊髓損傷模型,通過鞘內(nèi)注射ONDPSs XT-1以裂解膠質(zhì)癱痕中的GAG鏈,減輕CSPGs對軸突再生的抑制作用盡管我們可以證明在脊髓損傷后CSPGs的減少,但仍然有很高水平的剩余。這可歸因于XT-2的代償反應(yīng)[8]。XT-2是另一種與GAG鏈的合成相關(guān)的酶,它可能與各種類型的細胞有關(guān)。另一種可能是被刺激表達增加的PGs的量非常多,因此需要更高濃度的DNA酶[8]。我們在以后的實驗中采用多種方法聯(lián)合應(yīng)用,以期解決該問題,也可能是還存在其它不能被該DNA酶分解的抑制性的成分,增加了它對再生纖維的無反應(yīng)性[9]。值得注意的情況是,在條件培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細胞內(nèi)CSPGs的表達量與XT-1ODN-PSs的應(yīng)用有明顯的量效關(guān)系,說明這種合成的酶對神經(jīng)損傷的再生可能有幫助,為脊髓損傷的研究提供重要的工具。

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