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        姜黃素對(duì)局灶腦缺血再灌注損傷的神經(jīng)保護(hù)作用及對(duì)新生神經(jīng)細(xì)胞增殖的影響

        2013-07-27 05:53:56劉雙程建華韓釗楊金龍程朝暉候圣陶
        關(guān)鍵詞:藥組姜黃陽(yáng)性細(xì)胞

        劉雙,程建華,韓釗,楊金龍,程朝暉,候圣陶

        (1.溫州醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院 腦血管科,浙江 溫州 325000;2.加拿大國(guó)家科學(xué)院生物科學(xué)研究所,渥太華)

        姜黃素是姜科姜黃屬植物的根莖(中醫(yī)又稱莪術(shù))的主要成分。早期研究表明姜黃素具有抗氧化、抗血腦屏障損傷和抗凋亡作用[1-3],因此,推測(cè)姜黃素對(duì)于腦缺血損傷可能具有一定的保護(hù)作用。2008年,Kim等[4]在體外實(shí)驗(yàn)的研究中發(fā)現(xiàn),姜黃素通過(guò)ERK和P38MAK介導(dǎo)機(jī)制能促進(jìn)神經(jīng)元再生,但姜黃素對(duì)在體的神經(jīng)干細(xì)胞增殖是否有影響鮮有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。5-溴-2-脫氧尿嘧啶核苷(5-Bromo-2-deoxyuridine,BrdU)是胸腺嘧啶核苷的類(lèi)似物,能選擇性地?fù)饺氲教幱诩?xì)胞周期S期(DNA合成期)細(xì)胞的單鏈DNA核苷酸序列中,BrdU免疫組化染色在神經(jīng)生物學(xué)中成為研究神經(jīng)干細(xì)胞增殖作用的重要方法。本研究采用連續(xù)腹腔給藥的方法觀察姜黃素對(duì)腦缺血再灌注損傷的保護(hù)作用,以及用BrdU免疫組化染色觀察姜黃素對(duì)腦缺血后新生神經(jīng)細(xì)胞增殖的影響。

        1 材料和方法

        1.1 試劑和儀器 激光共聚焦顯微鏡(日本,Olympus FV1000);圖像分析軟件(Image J);姜黃素、BrdU、玉米油及TTC(美國(guó),Sigma公司);綿羊抗大鼠BrdU一抗(美國(guó),Abcam公司);TRITC熒光二抗(美國(guó),Jackson ImmunoResearch);線栓(北京沙龍生物技術(shù)有限公司)

        1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及分組 40只健康雄性大鼠,體質(zhì)量250~280 g,平均(270±10)g,由溫州醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供,合格證號(hào):SCXK(滬)2007-0005。將大鼠隨機(jī)分為空白對(duì)照組(n=10),假手術(shù)組(n=10),模型對(duì)照組(n=10),姜黃素給藥組(n=10),大鼠于手術(shù)前自由飲水、飲食5 d,保持飼養(yǎng)環(huán)境安靜,以日光采光,明暗周期各12 h,保持室溫在18~22 ℃之間。大鼠在缺血再灌注損傷后1 h立即給予腹腔注射用藥:姜黃素給藥組給予姜黃素注射,其注射劑量為300 mg/kg,其余各組給予等劑量的注射用玉米油,用于免疫熒光檢測(cè)的各組大鼠在處死前3 d每天按照50 mg/kg的劑量給予BrdU腹腔注射給藥,每天兩次。

        1.3 大鼠MCAO模型制作 參照Z(yǔ)ea Longa線栓法[5]再加以改進(jìn),以左側(cè)大腦栓塞為例。大鼠術(shù)前禁食12 h,自由飲水。實(shí)驗(yàn)前腹腔注射10%水合氯醛(350 mg/kg)麻醉,頸部正中切口,分離左側(cè)頸總動(dòng)脈、頸內(nèi)動(dòng)脈、頸外動(dòng)脈和迷走神經(jīng)。頸總動(dòng)脈打一活結(jié),在頸外動(dòng)脈離心端1 cm處結(jié)扎頸外動(dòng)脈,同時(shí)夾閉頸內(nèi)動(dòng)脈,然后在頸外動(dòng)脈上切一小切口,將線栓插入后剪短頸外動(dòng)脈,之后將線栓沿著頸內(nèi)動(dòng)脈入顱的方向插入,當(dāng)插入約距頸總動(dòng)脈分叉處18~20 mm左右時(shí)感到一輕微阻力時(shí)便立即停止插入,即表明已經(jīng)阻塞住大腦中動(dòng)脈。阻斷120 min后,將線栓拔出,解除頸總動(dòng)脈活結(jié),貫通頸總動(dòng)脈與頸內(nèi)動(dòng)脈通路。完成腦缺血再灌注損傷的模型。假手術(shù)組將線栓插入10 mm,其余均與上述手術(shù)步驟相同。

        模型成功評(píng)價(jià)指標(biāo):①右側(cè)肢體疼痛回縮遲鈍或消失;②提尾倒懸時(shí)右上肢向胸前屈曲;③行走時(shí)向右側(cè)傾倒或轉(zhuǎn)圈;④左側(cè)出現(xiàn)Horner’s征。

        1.4 神經(jīng)行為學(xué)測(cè)定 參照Longa 5級(jí)4分法,神經(jīng)功能評(píng)分采用單盲法,在動(dòng)物模型制作后的24 h進(jìn)行神經(jīng)功能評(píng)分。0分:無(wú)神經(jīng)功能缺損;1分:提尾時(shí)病灶對(duì)側(cè)前肢不能完全伸直;2分:向癱瘓側(cè)轉(zhuǎn)圈;3分:向病灶對(duì)側(cè)傾倒;4分:不能自行行走,意識(shí)喪失。其中0分和4分者剔除試驗(yàn),1~3分者納入實(shí)驗(yàn)范圍。

        1.5 標(biāo)本采集 連續(xù)給藥7 d后,每組各5只大鼠10%水合氯醛麻醉后,迅速斷頭取腦,放于-20 ℃冰箱2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)染色備用。各組剩余大鼠經(jīng)過(guò)心臟10%氯化鈉溶液灌注后放于4%的多聚甲醛中4 ℃固定12 h后常規(guī)脫水、透明、浸蠟后,連續(xù)4μm的冠狀切片,用于后續(xù)的免疫熒光的檢測(cè)。

        1.6 腦梗死體積的測(cè)定 從-20 ℃中取出腦組織,間隔2 mm連續(xù)行5個(gè)的冠狀切片,將組織切片置于TTC磷酸鹽緩沖液中,37 ℃避光、恒溫孵育15 min,梗死灶染成白色,正常組織染成紅色,數(shù)碼相機(jī)拍照,應(yīng)用Image J軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理,計(jì)算出梗死灶面積,按公式:V=(A1+A2+……+An)t-(A1+An)t/2計(jì)算腦梗死體積,其中t為切片厚度,A為梗死面積[6]。

        1.7 免疫熒光檢測(cè)BrdU的表達(dá) 做厚度為4μm的切片,利用免疫熒光的檢測(cè)方法檢測(cè)大腦梗死側(cè)側(cè)腦室下區(qū)的BrdU的表達(dá)。首先,石蠟切片脫蠟水化:在二甲苯中脫蠟30 min后放入梯度酒精中水化。其次,枸櫞酸高壓抗原修復(fù)3 min,自然降至室溫。PBS沖洗后將切片置于2 mol/L的HCl中冰上孵育10 min,室溫下孵育10 min,37 ℃下孵育20 min后直接置于0.1 mol/L的硼酸中中和10 min。最后,PBS沖洗后滴加BrdU一抗(1:50),室溫孵育1 h后4 ℃孵育過(guò)夜,16 h后滴加四甲基異硫氰酸羅丹明(TRITC)標(biāo)記的熒光二抗,室溫下放置30 min后利用激光共聚焦顯微鏡觀察,拍照。陰性對(duì)照采用PBS代替一抗的孵育,其他步驟與上述步驟相同。

        1.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理方法 采用SPSS 16.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。全部數(shù)據(jù)以±s表示,單因素方差分析采用one-way ANOVA,方差齊性組間兩兩比較采用LSD檢驗(yàn),方差不齊組間比較采用Dunnett’s T3法檢驗(yàn)。檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為α=0.05,P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

        2 結(jié)果

        2.1 神經(jīng)功能評(píng)分 局灶性缺血再灌注損傷24 h后,大鼠有不同程度的神經(jīng)功能缺損,模型對(duì)照組的癥狀較為嚴(yán)重,而空白對(duì)照組及假手術(shù)組沒(méi)有癥狀出現(xiàn)。姜黃素給藥組神經(jīng)功能評(píng)分與模型對(duì)照組相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,但呈現(xiàn)下降趨勢(shì)(見(jiàn)圖1)。

        圖1 姜黃素給藥組和模型對(duì)照組的神經(jīng)功能評(píng)分

        2.2 腦梗死體積測(cè)定 空白對(duì)照組與假手術(shù)組未見(jiàn)梗死灶,模型對(duì)照組與姜黃素給藥組出現(xiàn)不同程度的梗死灶,其中給藥組的梗死灶體積小于模型組的梗死灶體積,兩者比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)(見(jiàn)表1)。

        表1 四組腦梗死體積測(cè)定和BrdU陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)(n=10,±s)

        表1 四組腦梗死體積測(cè)定和BrdU陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)(n=10,±s)

        與模型對(duì)照組比:aP<0.01

        組別空白對(duì)照組假手術(shù)組模型對(duì)照組姜黃素給藥組梗死體積測(cè)定(mm3)00 155.6±11.26 67.8±11.05a BrdU陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)(個(gè))5.1±1.21 6.2±3.12 21.0±5.23 50.6±12.60a

        2.3 BrdU免疫熒光 BrdU陽(yáng)性細(xì)胞為紅色熒光TRITC標(biāo)記的細(xì)胞,陽(yáng)性細(xì)胞主要出現(xiàn)在梗死灶的周?chē)?瞻讓?duì)照組和假手術(shù)組僅有少量的陽(yáng)性細(xì)胞出現(xiàn),而模型對(duì)照組和姜黃素給藥組有大量的陽(yáng)性細(xì)胞出現(xiàn)。同模型對(duì)照組相比,姜黃素給藥組的陽(yáng)性細(xì)胞表達(dá)量更多,兩者比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)(見(jiàn)表1,圖2)。

        圖2 側(cè)腦室下區(qū)Brdu陽(yáng)性細(xì)胞的表達(dá)(×400)

        3 討論

        本研究發(fā)現(xiàn),在局灶性腦缺血再灌注損傷后1 h,給予姜黃素腹腔注射治療后能夠顯著減小給藥組的腦梗死體積,并能增加缺血側(cè)側(cè)腦室下區(qū)的新生神經(jīng)細(xì)胞表達(dá)。因此,本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明姜黃素對(duì)局灶性腦缺血再灌注損傷具有神經(jīng)保護(hù)作用,并能促進(jìn)缺血區(qū)側(cè)腦室下區(qū)的神經(jīng)細(xì)胞再生。

        腦保護(hù)劑的研究作為神經(jīng)生物的一大研究熱點(diǎn)、難點(diǎn),越來(lái)越受到研究者的關(guān)注,但眾多應(yīng)用于臨床上的腦保護(hù)劑并未再現(xiàn)其在實(shí)驗(yàn)研究階段的腦保護(hù)效果。因此,在研究姜黃素的腦保護(hù)作用時(shí),我們采用更符合臨床用藥規(guī)律的給藥方式,將姜黃素的給藥持續(xù)時(shí)間延續(xù)到7 d,采用神經(jīng)功能學(xué)評(píng)分以及TTC染色來(lái)確定姜黃素連續(xù)腹腔注射7 d的腦保護(hù)作用效果。從TTC染色的結(jié)果我們可以看出,空白對(duì)照組、假手術(shù)的大鼠未見(jiàn)任何梗死灶,而模型對(duì)照組梗死灶體積較大,同模型對(duì)照組相比,姜黃素給藥組的梗死灶體積明顯減小,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。因此,我們推斷姜黃素在腦缺血再灌注損傷后具有神經(jīng)保護(hù)作用。從神經(jīng)功能學(xué)評(píng)分上我們可以看出空白對(duì)照組、假手術(shù)組的SD大鼠神經(jīng)功能完全正常,姜黃素給藥組的神經(jīng)功能評(píng)分同模型對(duì)照組相比差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,但亦呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),表明神經(jīng)缺損癥狀有所改善,神經(jīng)功能有所恢復(fù)。評(píng)分結(jié)果差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的原因我們分析:Longa 4分制的神經(jīng)功能評(píng)分具有一定的局限性,其評(píng)分要素僅僅局限于運(yùn)動(dòng)功能的改變,而對(duì)于感覺(jué)功能,反射能力等變化并未涉及,因此不能完全說(shuō)明腦缺血損傷后的神經(jīng)功能恢復(fù)情況。這也提示我們?cè)谂R床上的神經(jīng)功能恢復(fù)的判斷,采用綜合的判斷方式才更為精確。

        BrdU,作為神經(jīng)新生細(xì)胞有絲分裂的主要標(biāo)記物之一[7],已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于神經(jīng)生物學(xué)的研究當(dāng)中。BrdU是DNA中胸腺嘧啶的類(lèi)似物,在DNA合成的S期插入到細(xì)胞周期當(dāng)中,所以一旦新生細(xì)胞進(jìn)行此步合成,研究者就可以運(yùn)用免疫學(xué)等方法檢測(cè)到新生細(xì)胞的表達(dá)[8]。因此,我們采用BrdU作為新生神經(jīng)細(xì)胞的標(biāo)記物進(jìn)行檢測(cè)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們可以看出成年SD大鼠在未受任何刺激的情況下存在神經(jīng)再生的現(xiàn)象,這也間接證實(shí)了2000年Gage[9]闡述的哺乳類(lèi)動(dòng)物在整個(gè)成年期都存在神經(jīng)新生的推斷。從模型對(duì)照組我們也可以看出腦缺血再灌注損傷的有效刺激后SD大鼠的神經(jīng)再生數(shù)目顯著增多,同空白對(duì)照組和假手術(shù)組相比差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,而姜黃素給藥組同模型對(duì)照組相比數(shù)量更多,其差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。以上結(jié)果提示我們姜黃素能夠促進(jìn)局灶性腦缺血再灌注損傷后的神經(jīng)再生,有可能是姜黃素的腦保護(hù)作用的機(jī)制之一。但姜黃素與神經(jīng)再生的研究還比較粗淺,在本實(shí)驗(yàn)中我們測(cè)定了BrdU標(biāo)記的新生神經(jīng)細(xì)胞情況,但新生的神經(jīng)細(xì)胞其遷移、分化情況還需要進(jìn)一步的研究,故對(duì)于新生神經(jīng)細(xì)胞我們還應(yīng)采用更多的標(biāo)記方式標(biāo)記它的成熟、分化程度,同時(shí)觀察其遷移趨勢(shì),以便證實(shí)這些新生細(xì)胞是否真正發(fā)揮其功能,對(duì)腦缺血損傷是否具有修復(fù)功能。同時(shí),神經(jīng)新生的部位主要發(fā)生在兩個(gè)區(qū)域,側(cè)腦室下區(qū)(SVZ區(qū))和齒狀回下區(qū)(DG區(qū))[10],因此在今后的研究當(dāng)中我們需要對(duì)兩個(gè)部位同時(shí)進(jìn)行觀察,以便得出更精確的結(jié)論。

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