張桂運(yùn), 陳左權(quán), 凌 鋒

(1. 同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院神經(jīng)外科，上海 200065； 2. 同濟(jì)大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院神經(jīng)外科，上海 200072； 3. 首都醫(yī)科大學(xué)附屬宣武醫(yī)院神經(jīng)外科，北京 100053)

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·基礎(chǔ)研究·

GM-CSF對(duì)兔血液動(dòng)力性腦缺血后顱內(nèi)側(cè)支動(dòng)脈生成的影響

張桂運(yùn)1, 陳左權(quán)2, 凌 鋒3

(1. 同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院神經(jīng)外科，上海 200065； 2. 同濟(jì)大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院神經(jīng)外科，上海 200072； 3. 首都醫(yī)科大學(xué)附屬宣武醫(yī)院神經(jīng)外科，北京 100053)

目的 研究粒-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor, GM-CSF)對(duì)兔后循環(huán)血液動(dòng)力性腦缺血后側(cè)支循環(huán)生成的影響。方法 40只新西蘭大白兔隨機(jī)分為對(duì)照組、假手術(shù)組、非治療模型組、GM-CSF治療模型組、生理鹽水治療模型組，每組8只。模型組均采用手術(shù)結(jié)扎右側(cè)鎖骨下動(dòng)脈椎動(dòng)脈開(kāi)口近端。采用超選擇腦血管造影及染色乳膠灌注法檢測(cè)盜血及血管管徑、血管密度及后分水嶺區(qū)面積。結(jié)果 GM-CSF治療模型組顱內(nèi)前循環(huán)動(dòng)脈管徑較非治療模型組明顯增粗(P<0.01)，側(cè)支血管密度明顯增加。非治療模型組顱內(nèi)前循環(huán)動(dòng)脈管徑及側(cè)支血管密度較對(duì)照組有所增加，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.01)。結(jié)論 GM-CSF對(duì)兔后循環(huán)血液動(dòng)力性腦缺血后側(cè)支動(dòng)脈的生成具有重要作用。

粒-巨噬細(xì)胞集落刺激因子； 側(cè)支動(dòng)脈； 動(dòng)脈生成； 腦缺血

動(dòng)脈性腦缺血可以分為血液動(dòng)力性腦缺血、腦動(dòng)脈血栓形成和動(dòng)脈栓塞，前者又可以分為心源性和血管源性。椎-基底動(dòng)脈系統(tǒng)供血不足患者的發(fā)病率較高，多數(shù)為動(dòng)脈硬化導(dǎo)致的血管狹窄。目前，對(duì)于彌漫性動(dòng)脈硬化病變，臨床缺少有效的治療方法。研究[1-2]表明，粒-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor, GM-CSF)具有提高動(dòng)物心腦血管儲(chǔ)備，改善缺血程度的作用。因此，本研究建立模擬彌漫性動(dòng)脈硬化病變的動(dòng)物模型，應(yīng)用GM-CSF治療后循環(huán)血液動(dòng)力性腦缺血。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組

40只雄性新西蘭大白兔，體質(zhì)量3.0～3.5kg，購(gòu)自同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心，隨機(jī)分為對(duì)照組、假手術(shù)組、非治療模型組、GM-CSF治療模型組、NS治療模型組，每組8只。

1.2 結(jié)扎法實(shí)現(xiàn)右側(cè)鎖骨下動(dòng)脈盜血

除對(duì)照組外，其他各組均接受手術(shù)。假手術(shù)組僅開(kāi)胸，不結(jié)扎右側(cè)鎖骨下動(dòng)脈；非治療模型組、GM-CSF治療模型組、NS治療模型組均接受開(kāi)胸并結(jié)扎右側(cè)鎖骨下動(dòng)脈椎動(dòng)脈開(kāi)口近端。對(duì)照組和各手術(shù)組術(shù)后即刻在全身麻醉下行主動(dòng)脈弓、左側(cè)椎動(dòng)脈、雙側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈造影，確認(rèn)各模型組右側(cè)鎖骨下動(dòng)脈盜血和后循環(huán)低灌注狀態(tài)[3- 4]。術(shù)后每天肌肉注射頭孢替胺1次，每次0.5g，連續(xù)3d。

1.3 給藥途徑與劑量

對(duì)照組不予任何治療；假手術(shù)組、非治療模型組、GM-CSF治療模型組及NS治療模型組術(shù)后均給予肌肉注射頭孢替胺，每天1次，每次0.5g，連續(xù)3d；GM-CSF治療模型組術(shù)后皮下注射GM-CSF，劑量為40μg/(kg·d)，隔日1次，直至術(shù)后3周；NS治療組皮下注射等體積的生理鹽水，隔日1次，直至術(shù)后3周。

1.4 超選擇造影與實(shí)時(shí)染色乳膠灌注

各組3周后再次接受超選擇造影，隨即在DSA下進(jìn)行染色乳膠實(shí)時(shí)灌注[5]。應(yīng)用Adobe Acrobat 7.0專業(yè)版軟件附帶的測(cè)量工具對(duì)染色乳膠灌注后的顱底及分水嶺區(qū)血管管徑、后分水嶺區(qū)表面積進(jìn)行測(cè)量。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié) 果

2.1 DSA結(jié)果

對(duì)照組和假手術(shù)組左側(cè)椎動(dòng)脈造影所示的循環(huán)時(shí)間與3周前比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.01)。非治療模型組、NS治療模型組主動(dòng)脈弓造影時(shí)均見(jiàn)盜血現(xiàn)象(圖1A)，左側(cè)椎動(dòng)脈造影時(shí)可見(jiàn)對(duì)側(cè)椎動(dòng)脈血液逆流至鎖骨下動(dòng)脈遠(yuǎn)端，基底動(dòng)脈和雙側(cè)大腦后動(dòng)脈充盈不良，循環(huán)時(shí)間較3周前差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.01)。GM-CSF治療模型組左側(cè)椎動(dòng)脈造影時(shí)基底動(dòng)脈不顯影(圖1B)，而頸內(nèi)動(dòng)脈造影見(jiàn)雙側(cè)大腦后動(dòng)脈、基底動(dòng)脈顯影清晰(圖1C)，基底動(dòng)脈血流逆向，并充盈右側(cè)椎動(dòng)脈(圖1D)。

2.2 實(shí)時(shí)染色乳膠灌注結(jié)果

與對(duì)照組比較，NS治療模型組后分水嶺區(qū)血管密度略有增加(P>0.01)，前、后分水嶺區(qū)表面積較對(duì)照組略有減少(P>0.01)，后分水嶺中心區(qū)域向后輕度移位(P>0.01)。與NS治療模型組比較，GM-CSF治療模型組中來(lái)自大腦中動(dòng)脈和大腦前動(dòng)脈的分枝增粗明顯，分水嶺區(qū)域表面積縮小，后分水嶺中心區(qū)域向后移位明顯(P<0.001),且前分水嶺和后分水嶺區(qū)軟膜下側(cè)支血管密度明顯增加(P<0.001)。顱底動(dòng)脈環(huán)各結(jié)構(gòu)中，大腦后動(dòng)脈管徑值由高到低依次為GM-CSF治療模型組、非治療模型組和對(duì)照組，差異具有顯著性(P<0.001)，見(jiàn)圖2。

圖1 選擇性兔腦血管造影Fig.1 Selected cerebrovascular angiography in rabbits

圖2 染色乳膠灌注結(jié)果Fig.2 Results of colored latex perfusion

3 討 論

應(yīng)用各種細(xì)胞因子促進(jìn)血管發(fā)生和動(dòng)脈生成一直是神經(jīng)科學(xué)工作者追求的重要目標(biāo)之一。腦缺血后，無(wú)論通過(guò)何種手段，壞死的神經(jīng)元細(xì)胞不可能再生，即便目前神經(jīng)干細(xì)胞研究不斷取得進(jìn)展，依然無(wú)法完全解決這一問(wèn)題。因此，在腦缺血過(guò)程中尚未發(fā)展至腦梗死階段時(shí)進(jìn)行干預(yù)，恢復(fù)或改善腦灌注顯得尤為重要。GM-CSF在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)顯示出具有誘導(dǎo)后肢動(dòng)脈生成的作用[6]，而且在臨床上針對(duì)冠狀動(dòng)脈疾病患者的實(shí)驗(yàn)中，GM-CSF亦顯示出積極的促進(jìn)動(dòng)脈生成作用[1-2]。GM-CSF的促進(jìn)動(dòng)脈生成作用可以誘導(dǎo)側(cè)支循環(huán)形成，使治療缺血性腦血管疾病成為可能。因?yàn)槿毖阅X血管病發(fā)展至腦梗死前的時(shí)期是醫(yī)療干預(yù)的最佳時(shí)期，因此本研究采用血液動(dòng)力性非梗死性腦缺血的新西蘭大白兔作為研究對(duì)象，模擬臨床上那些處于腦梗死前期的存在血液動(dòng)力性腦缺血的患者，建立一種機(jī)體環(huán)境，以此來(lái)研究在該環(huán)境下應(yīng)用GM-CSF的實(shí)驗(yàn)效果。

本研究表明，隔日皮下注射GM-CSF后，治療組前后分水嶺區(qū)側(cè)支血管密度明顯增加，尤其以后分水嶺區(qū)為主。機(jī)體內(nèi)的血管網(wǎng)絡(luò)存在自身的調(diào)節(jié)功能，當(dāng)局部氧濃度、酸堿度、壓力發(fā)生改變時(shí)，這種自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制便會(huì)啟動(dòng)，從而促進(jìn)“血管發(fā)生”。局部缺氧被認(rèn)為是血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子表達(dá)的始動(dòng)因素。但在血管網(wǎng)絡(luò)中，上、下游的壓力梯度增加則是啟動(dòng)“動(dòng)脈生成”的始動(dòng)因素，造成壓力梯度改變的因素有兩種： 灌注壓的增加或血管阻力的降低。壓力梯度增加時(shí)，血流對(duì)血管壁的剪切力增加，內(nèi)皮細(xì)胞受到刺激后會(huì)產(chǎn)生一系列細(xì)胞因子[7]，通過(guò)旁分泌效果作用于單核細(xì)胞，在細(xì)胞間黏附分子1(intercelluar adhesion molecule-1, ICAM-1)的介導(dǎo)下使單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生黏附，引起后者某些細(xì)胞因子的表達(dá)上調(diào)，包括MMP-12、TNF-α、IL-1β等的表達(dá)，這些細(xì)胞因子在血管構(gòu)筑的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

本研究中，動(dòng)物顱內(nèi)血管網(wǎng)絡(luò)存在“動(dòng)脈生成”的始動(dòng)因素，但“動(dòng)脈生成”的強(qiáng)度不夠明顯。這一點(diǎn)與臨床上遇到的大多數(shù)患者的情況相似，即腦血管造影發(fā)現(xiàn)某根血管發(fā)生狹窄或閉塞，但側(cè)支循環(huán)的代償不夠充分，進(jìn)而表現(xiàn)出臨床癥狀。當(dāng)在本組治療組中給予GM-CSF時(shí)，可能刺激了更多單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞與內(nèi)皮發(fā)生黏附，進(jìn)而移至細(xì)胞外膜，在上述眾多細(xì)胞因子的作用下，細(xì)胞外基質(zhì)不斷降解，進(jìn)而血管再塑過(guò)程啟動(dòng)，側(cè)支血管管徑不斷增粗。當(dāng)增粗的側(cè)支血管使傳導(dǎo)血管的阻力降低時(shí)，壓力梯度便會(huì)回落至“靜態(tài)”水平，從而在新的水平達(dá)到血管重塑的動(dòng)態(tài)平衡。

本研究表明，在血管重塑的起始階段給予GM-CSF，可以明顯增加顱內(nèi)后分水嶺區(qū)血管密度和傳導(dǎo)動(dòng)脈的管徑，早期應(yīng)用GM-CSF可能是誘導(dǎo)側(cè)支循環(huán)形成治療血液動(dòng)力性腦缺血有效的方法。

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Effect of GM-CSF on collateral arteriogenesis of posterior cerebral circulation in rabbits with hemodynamic ischemia

ZHANGGui-yun1,CHENZuo-quan2,LINGFeng3

(1. Dept. of Neurosurgery, Tongji Hospital, Tongji University, Shanghai 200065, China; 2. Dept. of Neurosurgery, Tenth People’s Hospital, Tongji University, Shanghai 200072, China; 3. Dept. of Neurosurgery, Xuanwu Hospital, Capital Medical University, Beijing 100053, China)

Objective To investigate the effect of GM-CSF on collateral arteriogenesis of posterior cerebral circulation in rabbits with hemodynamic ischemia. Methods Forty New Zealand rabbits were randomly divided into five groups (control group, sham operation group, model group, GM-CSF group and saline control group). In all the groups except the control one, the right subclavian artery proximal to the orifice of vertebral artery was ligated. Results Compared to the control group, the diameters of resistant arteries in posterior watershed, posterior communicating arteries and posterior cerebral arteries were enlarged significantly as well as the vascular density in GM-CSF group; and partial resistant arteries in posterior watershed were transformed into conductive arteries. The similar results were seen in the model group, but there was no statistical significance compared to the control group. Conclusion GM-CSF exerts a positive effect on collateral arteriogenesis of posterior cerebral circulation in rabbits with hemodynamic ischemia.

granulocyte-macrophage colony-stimulating factor; collaterals; arteriogenesis; ischemia

10.16118/j.1008-0392.2015.01.002

2014-08-08

國(guó)家自然科學(xué)基金(30872678)

張桂運(yùn)(1976—)，男，主治醫(yī)師，博士.E-mail： zgy1126@sina.com

陳左權(quán).E-mail： chenzq-tongji@163.com

R 743.31

A

1008-0392(2015)01-0005-04