劉永年, 俞科賢, 馬祁生, 吳 穹
(青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院病理生理教研室,青海 西寧 810001)
間歇性低壓缺氧預(yù)處理對(duì)大鼠全腦缺血/再灌注海馬CA1區(qū)Ngb和Bcl-2蛋白表達(dá)的影響*
劉永年, 俞科賢, 馬祁生, 吳 穹△
(青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院病理生理教研室,青海 西寧 810001)
目的探討間歇性低壓缺氧預(yù)處理對(duì)大鼠全腦缺血/再灌注海馬CA1區(qū)腦紅蛋白(Ngb)和Bcl-2蛋白表達(dá)的影響。方法將Wistar大鼠隨機(jī)分為假手術(shù)組、低壓缺氧預(yù)處理對(duì)照組、全腦缺血/再灌注組、低壓缺氧預(yù)處理+全腦缺血/再灌注組4組,將間歇暴露于低壓缺氧環(huán)境的大鼠作為低壓缺氧預(yù)處理對(duì)照組。采用Pulsinelli四血管閉塞法復(fù)制大鼠全腦缺血/再灌注模型,夾閉頸總動(dòng)脈造成全腦缺血8 min后再灌注。用硫堇染色法和免疫組織化學(xué)方法分別觀察大鼠海馬組織學(xué)改變和海馬組織Ngb、Bcl-2蛋白表達(dá)變化。結(jié)果低壓缺氧預(yù)處理+全腦缺血/再灌注組大鼠海馬CA1區(qū)存活細(xì)胞數(shù)較全腦缺血/再灌注組明顯增加,其海馬組織Ngb和Bcl-2蛋白表達(dá)量較全腦缺血/再灌注組顯著升高。結(jié)論間歇性低壓缺氧預(yù)處理可能通過(guò)上調(diào)海馬組織Ngb和Bcl-2蛋白的表達(dá),減少全腦缺血再灌注后海馬神經(jīng)元的死亡而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。
腦缺血; 再灌注損傷; 間歇性低壓缺氧; 腦紅蛋白; Bcl-2蛋白
前期實(shí)驗(yàn)表明[1],間歇性低壓缺氧預(yù)處理(intermittent hypobaric hypoxia preconditioning,IHHP)可誘導(dǎo)大鼠海馬神經(jīng)元產(chǎn)生晚期預(yù)適應(yīng),減輕缺血/再灌注(ischemia/reperfusion,I/R)后腦損傷程度。然而,IHHP對(duì)神經(jīng)元的保護(hù)機(jī)制尚不清楚。神經(jīng)元晚期預(yù)適應(yīng)的形成有其共同規(guī)律,首先需要一個(gè)適度的預(yù)處理過(guò)程,后需要間隔約1~2 d的潛伏期,神經(jīng)保護(hù)作用可持續(xù)數(shù)天,此現(xiàn)象提示,神經(jīng)元晚期預(yù)適應(yīng)可能通過(guò)基因表達(dá)的變化及新的蛋白質(zhì)合成來(lái)實(shí)現(xiàn)[2-3]。本研究采用免疫組織化學(xué)方法,觀察IHHP對(duì)大鼠全腦缺血/再灌注海馬組織腦紅蛋白(neuroglobin,Ngb)和B細(xì)胞白血病/淋巴瘤2(B-cell leukemia/lymphoma-2,Bcl-2)蛋白表達(dá)的影響,以探討IHHP可能的保護(hù)機(jī)制。
1材料
1.1動(dòng)物 健康雄性Wistar大鼠48只,體重280~300g,由河北醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供。
1.2主要儀器和試劑 Olympus光學(xué)顯微鏡,Motic6.0數(shù)碼醫(yī)學(xué)圖像分析系統(tǒng),SP9001試劑盒(北京中杉生物工程公司),硫堇(thionine;Sigma),兔抗鼠Ngb多克隆抗體(中國(guó)軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院),兔抗鼠Bcl-2多克隆抗體(武漢博士德生物技術(shù)有限公司)。
2方法
2.1動(dòng)物分組 隨機(jī)將48只大鼠分為4組,每組12只(用于硫堇染色和免疫組化各6只)。(1)假手術(shù)(sham)組:僅凝閉雙側(cè)椎動(dòng)脈,凝閉2 d后暴露兩側(cè)頸總動(dòng)脈但不夾閉;(2)IHHP組:暴露于低壓缺氧環(huán)境4 d后,凝閉雙側(cè)椎動(dòng)脈,每天1次,連續(xù)4 d,第5天凝閉雙側(cè)椎動(dòng)脈,2 d后暴露兩側(cè)頸總動(dòng)脈但不夾閉;(3)I/R組:凝閉雙側(cè)椎動(dòng)脈,2 d后暴露并夾閉雙側(cè)頸總動(dòng)脈8 min后恢復(fù)血液再灌注;(4)IHHP+I/R組:低壓缺氧4 d,每天1次,第5天凝閉雙側(cè)椎動(dòng)脈,2 d后暴露兩側(cè)頸總動(dòng)脈并夾閉8 min,而后恢復(fù)血液再灌注。12只大鼠中6只于再灌注后7 d處死,取海馬,硫堇染色觀察海馬CA1區(qū)組織存活神經(jīng)元數(shù)目,余6只于再灌注后1 d取材,采用免疫組織化學(xué)方法觀察海馬CA1區(qū)Ngb及Bcl-2蛋白的表達(dá)。
2.2IHHP動(dòng)物模型及大鼠全腦缺血模型的建立 優(yōu)化呂國(guó)蔚等[4]急性重復(fù)缺氧模型法而建立IHHP動(dòng)物模型[1],采用Pulsinelli等[5]大鼠四血管閉塞法制作大鼠全腦缺血模型。
2.3硫堇染色及存活神經(jīng)元密度計(jì)數(shù) 每組半數(shù)大鼠行再灌注7 d后,大鼠麻醉完全后斷頭取腦,冠狀面切取位于視交叉后1~4 mm處的腦組織,將所取標(biāo)本置于4%多聚甲醛固定液48 h后,常規(guī)包埋、切片(5 μm厚),行硫堇染色,然后鏡下計(jì)數(shù)存活神經(jīng)元密度(neuronal density, ND)。
2.4Ngb和Bcl-2免疫組織化學(xué)染色及半定量分析 再灌注1 d后,大鼠完全麻醉后斷頭取腦,固定、包埋、切片同硫堇染色,按試劑盒說(shuō)明行免疫組織化學(xué)染色。陰性對(duì)照用0.01 mol/L PBS代替Ngb抗體及
Bcl-2抗體。鏡下觀察,應(yīng)用圖像分析系統(tǒng)測(cè)量陽(yáng)性染色面積和平均吸光度。
3統(tǒng)計(jì)學(xué)處理
應(yīng)用SPSS 13.0軟件處理。數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差即(mean±SD) 表示,組間比較采用One-way ANOVA分析,有顯著差異者的兩兩比較采用最小顯著差異法,P<0.05 時(shí)認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
1IHHP對(duì)大鼠全腦缺血/再灌注后海馬CA1區(qū)存活神經(jīng)元密度的影響
Sham組存活神經(jīng)元密度高(圖1A、表1);IHHP組大鼠海馬CA1區(qū)組織形態(tài)與sham組比較變化不明顯,神經(jīng)元密度與sham組相比無(wú)顯著差異(P>0.05;圖1B、表1);I/R組大鼠海馬CA1區(qū)錐體細(xì)胞明顯缺失,與sham組相比,存活神經(jīng)元密度值明顯降低(P<0.01;圖1C、表1);IHHP+I/R組海馬CA1區(qū)錐體細(xì)胞排列情況和細(xì)胞形態(tài)均較I/R組明顯改善,存活神經(jīng)元密度明顯升高(P<0.01;圖1D、表1)。
Figure 1. Thionine staining of hippocampal CA1 region in each group (×400). A: sham; B: IHHP; C: I/R; D: IHHP+I/R.
圖1各組海馬CA1區(qū)硫堇染色
表1各組海馬CA1區(qū)存活神經(jīng)元密度計(jì)數(shù)
Table 1. The neuronal density of hippocampal CA1 region in each group(mm-2.Mean±SD.n=6)
GroupNeuronaldensitySham149.3±2.5IHHP141.0±12.8I/R41.7±3.8*△IHHP+I/R119.5±14.0*△▲
*P<0.05vssham group;△P<0.05vsIHHP group;▲P<0.05vsI/R group.
2IHHP對(duì)大鼠全腦I/R后海馬CA1區(qū)Ngb蛋白表達(dá)影響
鏡下sham組大鼠海馬CA1區(qū)可見(jiàn)少量Ngb棕黃色陽(yáng)性細(xì)胞;IHHP 組與sham組相比,Ngb免疫反應(yīng)陽(yáng)性細(xì)胞面積增大(P<0.01),且陽(yáng)性細(xì)胞平均吸光度值也相應(yīng)增大(P<0.01);I/R組錐體細(xì)胞層Ngb陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)目較少,染色較淺,與sham組相比顯著降低(P<0.01),與sham組相比,陽(yáng)性細(xì)胞平均吸光度值也顯著降低(P<0.05);IHHP+I/R組大鼠海馬Ngb免疫反應(yīng)陽(yáng)性細(xì)胞面積和陽(yáng)性細(xì)胞平均吸光度與單純I/R組相比,均顯著升高(P<0.01),但較IHHP 組明顯降低(P<0.01),見(jiàn)圖2~4。
Figure 2. Effect of IHHP on the Ngb expression in hippocampus CA1 region of rats with global cerebral ischemia/reperfusion (immunohistochemical staining,×400). A: sham group; B: IHHP group; C: I/R group; D: IHHP+I/R group.
圖2免疫組化檢測(cè)各組海馬CA1區(qū)Ngb表達(dá)
Figure 3. Effect of IHHP on the total area of Ngb positive cells in hippocampal CA1 region of rats with global cerebral ischemia/reperfusion. Mean±SD.n=6.**P<0.01vssham group;##P<0.01vsI/R group;△△P<0.01vsIHHP group.
圖3各組海馬CA1區(qū)Ngb陽(yáng)性細(xì)胞染色面積
Figure 4. Effect of IHHP on the average absorbance of Ngb positive cells in the hippocampal CA1 region of rats with global cerebral ischemia/reperfusion. Mean±SD.n=6.*P<0.05,**P<0.01vssham group;##P<0.01vsI/R group;△△P<0.01vsIHHP group.
圖4各組海馬CA1區(qū)Ngb陽(yáng)性細(xì)胞平均吸光度
3IHHP對(duì)大鼠全腦I/R后海馬CA1區(qū)Bcl-2蛋白表達(dá)影響
鏡下觀察結(jié)果顯示,與sham組相比,IHHP 組Bcl-2陽(yáng)性細(xì)胞染色面積及陽(yáng)性細(xì)胞平均吸光度值都明顯增加(P<0.01);同樣,I/R組Bcl-2陽(yáng)性細(xì)胞染色面積和陽(yáng)性細(xì)胞平均吸光度值均明顯增加(P<0.01);IHHP+I/R組與單純I/R組比較,Bcl-2陽(yáng)性細(xì)胞平均吸光度和陽(yáng)性染色面積均顯著升高(P<0.01),且明顯高于IHHP組水平(P<0.01),見(jiàn)圖5~7。
Figure 5. Effect of IHHP on the Bcl-2 protein exprssion in hippocampal CA1 region of rats with global cerebral ischemia/reperfusion by immunohistochemistry me-thod (×400). A: sham group; B: IHHP group; C: I/R group; D: IHHP+I/R group.
圖5免疫組化檢測(cè)各組海馬CA1區(qū)Bcl-2表達(dá)
Figure 6. Effect of IHHP on the total area of Bcl-2 positive cells in hippocampal CA1 region of rats with global cerebral ischemia/reperfusion. Mean±SD.n=6.**P<0.01vssham group;##P<0.01vsI/R group;△△P<0.01vsIHHP group.
圖6各組海馬CA1區(qū)Bcl-2陽(yáng)性細(xì)胞染色面積
Figure 7. Effect of IHHP on the average absorbance of Bcl-2 positive cells in the hippocampal CA1 region of rats with global cerebral ischemia/reperfusion.Mean±SD.n=6.**P<0.01vssham group;##P<0.01vsI/R group;△△P<0.01vsIHHP group.
圖7各組海馬CA1區(qū)Bcl-2陽(yáng)性細(xì)胞平均吸光度水平
腦紅蛋白是Burmester等[6]發(fā)現(xiàn)的第3類(lèi)攜氧球蛋白,可增強(qiáng)氧氣進(jìn)入線粒體的能力,提高氧利用率,從而滿(mǎn)足神經(jīng)細(xì)胞活躍的氧代謝需求,體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)均證實(shí),缺氧環(huán)境可引起腦紅蛋白表達(dá)上調(diào)[7],腦內(nèi)Ngb的表達(dá)增加對(duì)神經(jīng)元有明顯的保護(hù)作用;本實(shí)驗(yàn)中IHHP組較sham組海馬CA1區(qū)Ngb陽(yáng)性細(xì)胞面積和平均吸光度值均顯著升高,IHHP+I/R組較I/R組Ngb表達(dá)也顯著升高,說(shuō)明間歇性低壓缺氧亦可增加Ngb的表達(dá),與陳秀蓮等[8]報(bào)道的“缺血再灌注小鼠Ngb mRNA 和蛋白質(zhì)表達(dá)水平在短時(shí)間內(nèi)( 6~48 h) 均升高,提示Ngb對(duì)腦組織可能起應(yīng)激性保護(hù)作用”觀點(diǎn)一致。張盈等[9]研究提示,蕨麻乙醇提取物可能通過(guò)促進(jìn)Ngb 表達(dá),增強(qiáng)神經(jīng)元對(duì)缺氧的耐受能力,減輕神經(jīng)元損傷,對(duì)神經(jīng)元起到保護(hù)作用。這也從另一個(gè)層面反映了Ngb對(duì)神經(jīng)元保護(hù)的積極作用。
Burmester等[6]的研究表明,Ngb在不同腦區(qū)的分布程度與腦區(qū)對(duì)缺氧的耐受程度密切相關(guān)。本實(shí)驗(yàn)中I/R組大鼠海馬CA1區(qū)Ngb表達(dá)較sham組下降,甚至出現(xiàn)成片的表達(dá)缺失區(qū)域,可能源于缺血缺氧造成腦組織損傷使神經(jīng)元缺失;而IHHP組和IHHP+I/R組大鼠海馬CA1區(qū)Ngb表達(dá)增加,表明低壓缺氧可上調(diào)海馬CA1區(qū)Ngb的表達(dá)水平,提示Ngb對(duì)腦缺血性損傷的重要保護(hù)作用,Ngb表達(dá)水平很可能是不同腦區(qū)對(duì)腦缺血性損傷耐受性差異的因素之一。有研究表明, Ngb的含量越低, 神經(jīng)組織對(duì)缺氧的耐受性也越差[10],提示Ngb在腦缺氧的適應(yīng)性保護(hù)過(guò)程中起重要作用, 同時(shí)從另一個(gè)側(cè)面說(shuō)明Ngb 可能增加神經(jīng)細(xì)胞的氧供應(yīng),提高神經(jīng)細(xì)胞的存活和功能。Ngb作為神經(jīng)系統(tǒng)中特異的攜氧球蛋白,與腦內(nèi)氧供應(yīng)密切相關(guān),研究攜氧載體在神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中的表達(dá)對(duì)認(rèn)識(shí)和治療腦缺氧性疾病及神經(jīng)變性疾病(如老年癡呆) 的分子機(jī)理有十分重要的意義,使我們有可能在缺氧的極早期就利用此攜氧載體干預(yù)缺氧的發(fā)生和發(fā)展,使從根本上防治腦缺氧成為可能[11]。
Bcl-2蛋白是一種內(nèi)源性抗凋亡因子,神經(jīng)元過(guò)表達(dá)Bcl-2可通過(guò)維持線粒體的完整性來(lái)抑制缺血再灌注損傷引起的神經(jīng)元凋亡[12-13]。正常腦組織 Bcl-2 蛋白含量極低,用普通的免疫組織化學(xué)方法幾乎測(cè)不出[14]。本實(shí)驗(yàn)顯示,sham組有散在的、微弱的Bcl-2表達(dá),可能是手術(shù)創(chuàng)傷刺激引起;實(shí)驗(yàn)中I/R組Bcl-2表達(dá)較sham組升高,推測(cè)腦I/R后Bcl-2 可在缺血早期尚存活的細(xì)胞中較高表達(dá),從而抑制細(xì)胞凋亡,IHHP 組與sham組相比,Bcl-2陽(yáng)性細(xì)胞染色面積增大,IHHP+I/R組與單純I/R組比較, Bcl-2表達(dá)亦顯著升高,說(shuō)明IHHP可通過(guò)上調(diào)海馬CAl區(qū)Bcl-2表達(dá)來(lái)減輕腦缺血后神經(jīng)元凋亡。
李淑琴[15]研究發(fā)現(xiàn),肢體缺血預(yù)處理上調(diào)海馬CAl區(qū)Ngb表達(dá)后,Bcl-2 mRNA表達(dá)顯著增加,而于肢體缺血預(yù)處理前在大鼠側(cè)腦室注射N(xiāo)gb 反義寡核苷酸下調(diào)Ngb表達(dá)后,Bcl-2 mRNA表達(dá)明顯下降;另外,有離體實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),PC12細(xì)胞利用NO供體硝普鈉過(guò)表達(dá)Ngb,可明顯減輕SNP誘導(dǎo)的PC12細(xì)胞損傷,隨后對(duì)其機(jī)制的研究發(fā)現(xiàn),抗凋亡蛋白Bcl-2的表達(dá)在Ngb過(guò)表達(dá)后明顯上升[16];由此我們推測(cè),IHHP使Ngb表達(dá)上調(diào),其抗損傷的機(jī)制之一可能是作用于細(xì)胞凋亡通路中的線粒體途徑,使Bcl-2表達(dá)增強(qiáng),從而減少腦缺血后神經(jīng)元凋亡,畢竟Bcl-2 抗細(xì)胞凋亡的能力是有限的,在腦缺血細(xì)胞凋亡的過(guò)程中,Bcl-2不可能是促凋亡和抗凋亡的唯一因素,應(yīng)該還有其它凋亡調(diào)控基因共同參與其中,各種凋亡基因的調(diào)控變化及其相互關(guān)系尚待進(jìn)一步研究。
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EffectofintermittenthypobarichypoxiapreconditioningonexpressionofNgbandBcl-2inhippocampalCA1regioninratswithglobalcerebralischemia-reperfusion
LIU Yong-nian, YU Ke-xian, MA Qi-sheng, WU Qiong
(DepartmentofPathophysiology,MedicalCollegeofQinghaiUniversity,Xining810001,China.E-mail: 13997126828@163.com)
AIM: To study the effect of intermittent hypobaric hypoxia preconditioning (IHHP) on the expression of neuroglobin (Ngb) and Bcl-2 in hippocampal CA1 region in the rats with global cerebral ischemia-reperfusion.METHODSThe Wistar rats were randomly divided into sham group, IHHP control group, global cerebral ischemia-reperfusion group (I/R group), and IHHP+I/R group. The 4-vessel occlusion rat model of Pulsinelli was performed in the rats in I/R group and IHHP+I/R group, in which the common carotid artery was occluded for 8 min before reperfusion. Thionine staining and immunohistochemical staining were used to observe the histological changes of the hippcampus and the expression of Ngb and Bcl-2 in the hippocampal CA1 region.RESULTSA significant increase in the quantity of surviving cells in the hippocampal CA1 region was observed in IHHP+I/R group as compared with I/R group. There was a significant increase in the expression of Ngb and Bcl-2 in the hippocampal CA1 region in IHHP+I/R group as compared with I/R group.CONCLUSIONThrough the up-regulation of hippocampal Ngb and Bcl-2 expression, intermittent hypobaric hypoxia preconditioning may play a role in neuroprotection by reducing hippocampal neuronal apoptosis from ischemia-reperfusion.
Brain ischemia; Reperfusion injury; Intermittent hypobaric hypoxia; Neuroglobin; Bcl-2 protein
R364.4;Q786
A
10.3969/j.issn.1000- 4718.2013.12.020
1000- 4718(2013)12- 2240- 05
2013- 05- 10
2013- 10- 25
教育部“春暉計(jì)劃”合作科研項(xiàng)目(No.Z2012079);青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(No.QY-2008-08)
△通訊作者Tel: 0971-6104095; E-mail: 13997126828@163.com