胡國恒 侯小花 李映辰 王小菊 鄒婷(.湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院,湖南 長沙 40007;湖南中醫(yī)藥大學(xué),湖南 長沙 4008)
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腎腦復(fù)元湯聯(lián)合人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞移植對(duì)MCAO大鼠神經(jīng)功能恢復(fù)及VEGF表達(dá)的影響*
胡國恒1侯小花2△李映辰2王小菊2鄒婷2
(1.湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院,湖南長沙410007;2湖南中醫(yī)藥大學(xué),湖南長沙410208)
【摘要】目的探討腎腦復(fù)元湯聯(lián)合人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞(HUC-MSCs)移植對(duì)腦缺血損傷的神經(jīng)保護(hù)機(jī)制。方法制作雄性SPF級(jí)Sprague Dawley大鼠大腦中動(dòng)脈閉塞(MCAO)模型108只,隨機(jī)分為3組,即模型組36只、干細(xì)胞組36只、聯(lián)合組36只,各組再根據(jù)處死時(shí)間分為3 d、7 d、14 d 3個(gè)亞組;觀察各組大鼠神經(jīng)功能缺損評(píng)分,以及用免疫組織化學(xué)染色以及Western blot法檢測(cè)腦缺血邊緣區(qū)血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的表達(dá)。結(jié)果1)干細(xì)胞組和聯(lián)合組在第3天、7天、14天的神經(jīng)功能缺損評(píng)分均低于同時(shí)段模型組(均P<0.01);聯(lián)合組在第7、14天神經(jīng)功能缺損均低于同時(shí)段干細(xì)胞組(P<0.05或P<0.01),聯(lián)合組和干細(xì)胞組在第3天的神經(jīng)功能缺損無明顯差異(P>0.05);2)免疫組化法檢測(cè)及Western blot法檢測(cè)腦缺血邊緣區(qū)VEGF的表達(dá)均提示:第3、7、14天干細(xì)胞組、聯(lián)合組VEGF陽性表達(dá)均高于模型組(P<0.01),聯(lián)合組在第7、14天VEGF陽性表達(dá)高于干細(xì)胞組(P<0.05),聯(lián)合組和干細(xì)胞組在第3天VEGF的表達(dá)無差異(P>0.05)。結(jié)論腎腦復(fù)元湯聯(lián)合人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞移植能顯著改善MCAO大鼠神經(jīng)功能損傷,促進(jìn)腦功能的恢復(fù)。其發(fā)揮對(duì)腦的保護(hù)作用的機(jī)制可能是通過提高內(nèi)源性VEGF的表達(dá)。
【關(guān)鍵詞】腎腦復(fù)元湯人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞腦缺血再灌注損傷血管內(nèi)皮生長因子
缺血性卒中是腦血管疾?。–VD)中導(dǎo)致人類死亡和致殘的主要原因之一,在中國的CVD中缺血性腦血管病占70%左右[1]。缺血性腦血管病是由腦主要?jiǎng)用}的血流短暫或持久減少而引起的一組腦組織受損的疾病。近年來,隨著對(duì)人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞(HUC-MSCs)的深入研究,以及近年來國內(nèi)臍帶干細(xì)胞庫的建立,使眾多學(xué)者逐漸認(rèn)識(shí)到其在組織修復(fù)中的價(jià)值及應(yīng)用前景。大量研究[2-3]也證實(shí)HUC-MSCs移植的安全性。前期研究表明[4-5]HUC-MSCs和腎腦復(fù)元湯對(duì)神經(jīng)功能恢復(fù)、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)表達(dá)有促進(jìn)作用。因此本實(shí)驗(yàn)研究腎腦復(fù)元湯聯(lián)合人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)MCAO大鼠神經(jīng)功能恢復(fù)及VEGF表達(dá)的影響。
1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物雄性SPF級(jí)Sprague Dawley大鼠,4月齡,體質(zhì)量(280±10)g,購自斯萊克景達(dá)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物公司,生產(chǎn)許可證號(hào): SYXK(湘)2011-0003;動(dòng)物合格證號(hào):43004700001488;動(dòng)物飼養(yǎng)于湖南中醫(yī)藥大學(xué)SPF級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心,許可證號(hào):SYXK(湘)2009-0001。
1.2試藥與儀器GAPDH抗體[Cell Signaling(CST),貨號(hào):5174];VEGF(博士德生物公司,貨號(hào):BA0269)。腎腦復(fù)元湯,組成:熟地黃10 g,山茱萸10 g,山藥15 g,黃芪30 g,紅景天20 g,牡丹皮10 g,當(dāng)歸尾10 g,赤芍10 g,地龍10 g,丹參10 g,川芎10 g。藥材均購自湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院,并經(jīng)藥劑科劉紅宇副主任藥師鑒定為道地藥材。采用自動(dòng)中藥煎藥壺煎藥:每劑一煎加水500 mL,煎汁約200 mL;二煎加水300 mL,煎汁約150 mL。二煎混合,于水浴鍋內(nèi)蒸發(fā)濃縮至含生藥2 g/mL,4℃冷藏備用。
1.3模型制備大鼠術(shù)前24 h禁食不禁水,術(shù)前稱體質(zhì)量,10%水合氯醛溶液(350 mg/kg),腹腔注射麻醉并保溫。用改良Zea Longa's線栓法阻斷左側(cè)大腦中動(dòng)脈制作大腦中動(dòng)脈閉塞(MCAO)局灶性腦缺血模型[6]。缺血時(shí)間達(dá)到120 min后,拔除線栓即形成再灌注。再灌注2 h后采用Zea Longa 5分制神經(jīng)功能評(píng)分表初步評(píng)價(jià)造模情況[7],分值在1~3分者入組。剔除標(biāo)準(zhǔn):身體狀態(tài)極差(精神狀態(tài)極差,癲癇,嚴(yán)重呃逆、腹瀉等);未到時(shí)間點(diǎn)死亡。因大鼠死亡致樣本量不足時(shí)隨機(jī)替補(bǔ)。
1.4分組與給藥選取造模成功的大鼠,將模型大鼠隨機(jī)分成模型組36只,干細(xì)胞組36只,聯(lián)合組36只,各組再根據(jù)處死時(shí)間分為3、7、14 d 3個(gè)亞組,每組12只,其中免疫組化法6只,Western blot法檢測(cè)6只。各組于造模后24 h開始給藥,聯(lián)合組和干細(xì)胞組大鼠局灶性腦缺血2 h再灌注1 d后,經(jīng)尾靜脈注入人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞,每只大鼠接受10 μL(5×104/μL),模型組經(jīng)尾靜脈注入生理鹽水。模型組及干細(xì)胞組分別灌胃生理鹽水(10 mL/kg),聯(lián)合組灌胃等量腎腦復(fù)元湯。灌胃每日1次,直至處死。
1.5標(biāo)本采集與檢測(cè)
1.5.1mNSS評(píng)分各組大鼠在造模前24 h、造模成功后24 h、處死前采用改良大鼠神經(jīng)功能缺損嚴(yán)重程度評(píng)分量表(m-NSS)[8]分別進(jìn)行評(píng)分。標(biāo)準(zhǔn)mNSS量表包括4大項(xiàng),總分18分,完全正常=0分,完全功能缺失=18分。每只動(dòng)物觀察兩次計(jì)算平均數(shù)。
1.5.2腦組織VEGF檢測(cè)MCAO模型鼠分別于移植后3、7、14 d取大鼠處死。予10%水合氯醛(0.35 mL/ 100 g)腹腔注射對(duì)大鼠麻醉后,剪開腹腔及胸腔,暴露心臟及腹主動(dòng)脈,夾閉腹主動(dòng)脈,9號(hào)注射針頭從心尖部刺入左心室,剪開右心耳;先用100 mL生理鹽水灌注至右心耳沖出清透液體后,換成4%多聚甲醛灌注約300 mL,斷頭取腦,置于4%多聚甲醛內(nèi)固定24 h,常規(guī)石蠟切片,行免疫組織化學(xué)染色檢測(cè)VEGF以及Western Blot法檢測(cè)VEGF。HE染色后每組檢測(cè)8張切片,分別選取缺血海馬區(qū)5個(gè)互不重疊的視野,在光鏡(×100)下觀察各組梗死區(qū)神經(jīng)細(xì)胞的情況。免疫組織化學(xué)染色檢測(cè)VEGF時(shí),每組檢測(cè)8張切片,分別選取缺血海馬區(qū)5個(gè)互不重疊的視野,采用IPP6.0軟件進(jìn)行圖像分析,測(cè)定陽性細(xì)胞的平均光密度值。平均光密度值高,則細(xì)胞陽性染色強(qiáng)度高。Western Blot法檢測(cè)VEGF時(shí),采用IPP6.0軟件對(duì)條帶進(jìn)行圖像分析,VEGF蛋白表達(dá)的指標(biāo)以VEGF產(chǎn)物與GAPDH產(chǎn)物條帶灰度值的比值(即相對(duì)灰度值)來表示,相對(duì)灰度值高,則說明VEGF蛋白表達(dá)越高。
1.5.3HUC-MSCs的分離、培養(yǎng)、鑒定和標(biāo)記超凈工作臺(tái)上剝?nèi)ツ殠?dòng)靜脈,PBS洗去殘留血液,用無菌眼科剪反復(fù)剪切成1 mm小塊為止;參照秦力維等[9-10]的方法用組織塊法培養(yǎng)HUC-MSCs。采用流式細(xì)胞儀分別對(duì)細(xì)胞表面標(biāo)記物進(jìn)行檢測(cè),按照國際細(xì)胞療法協(xié)會(huì)關(guān)于間充質(zhì)干細(xì)胞的鑒定標(biāo)準(zhǔn),要求CD73、CD105、CD90、CD29陽性表達(dá)率超過95%,CD45、CD34、CD14、CD79a/CD19和HLA-DR的表達(dá)率低于2%;臺(tái)盼藍(lán)染色檢測(cè)細(xì)胞活率超過85%。此外,參照Li等[11-12]的方法,將培養(yǎng)細(xì)胞鑒定具備分化成脂、成骨的能力。
1.6統(tǒng)計(jì)學(xué)處理采用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件處理。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)正態(tài)分布檢驗(yàn)后以()表示,多組間比較采用單因素方差分析。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1各組不同時(shí)間點(diǎn)mNSS比較見表1。缺血再灌注后1 d,3組大鼠的mNSS差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),隨后各組分值逐漸降低,在缺血再灌注后3 d,聯(lián)合組和干細(xì)胞組mNSS差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),但兩組的評(píng)分均低于模型組(P<0.05)。隨后在7、14 d,聯(lián)合組大鼠的mNSS評(píng)分均明顯低于其他兩組(P<0.05或P<0.01)。說明腎腦復(fù)元湯聯(lián)合人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞能明顯改善腦缺血再灌注后神經(jīng)功能恢復(fù)。
表1 各組不同時(shí)間點(diǎn)mNSS比較(分,
表1 各組不同時(shí)間點(diǎn)mNSS比較(分,
與模型組同時(shí)期比較,*P<0.05,**P<0.01;與干細(xì)胞組同時(shí)期比較,△P<0.05,△△P<0.01。下同。
組別 n 術(shù)后3 d術(shù)后7 d術(shù)后14 d模型組 6 9.0±0.9 7.7±0.8 5.8±0.8術(shù)前1 d術(shù)后1 d 0 9.5±1.0干細(xì)胞組 6 7.8±1.0*5.8±0.4**4.2±0.8**0 9.5±1.4聯(lián)合組 6 0 9.3±1.4 7.5±1.0**4.8±0.8**△3.0±0.6**△△
2.2各組梗死區(qū)神經(jīng)細(xì)胞HE染色見圖1。術(shù)后第14日,大鼠斷頭取腦,固定后行HE染色,各組均可見梗死區(qū),神經(jīng)細(xì)胞明顯減少,可見大量神經(jīng)細(xì)胞變性、壞死,核固縮、碎裂、溶解。聯(lián)合組及干細(xì)胞組病理變化均較模型組輕,神經(jīng)細(xì)胞變性、壞死數(shù)量明顯變少。聯(lián)合組與干細(xì)胞組比較,聯(lián)合組病理變化較干細(xì)胞組輕,神經(jīng)細(xì)胞變性及壞死數(shù)量明顯減少。3組均未發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞及異形細(xì)胞。模型組中可見大量神經(jīng)細(xì)胞變性、壞死,干細(xì)胞組可見中等量神經(jīng)細(xì)胞變性、壞死,聯(lián)合組僅見少量神經(jīng)細(xì)胞變性、壞死。
圖1 各組缺血海馬區(qū)(HE染色,100倍)
2.3免疫組化法及Western Blot法檢測(cè)VEGF表達(dá)見表2,圖2,圖3。隨著時(shí)間的延長,各組VEGF平均光密度逐漸升高,模型組在術(shù)后7 d平均光密度增長達(dá)高峰,隨后逐漸下降。干細(xì)胞組和聯(lián)合組隨著時(shí)間的延長,VEGF平均光密度逐漸升高,術(shù)后3 d,兩組VEGF平均光密度無明顯差異(P>0.05),但與模型組比較均有明顯升高(均P<0.01);7 d和14 d組,聯(lián)合組均較其他兩組VEGF平均光密度明顯升高(均P<0.01);7 d和14 d組,干細(xì)胞組VEGF平均光密度較模型組明顯升高(均P<0.01)。說明腎腦復(fù)元湯聯(lián)合人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞可以促進(jìn)VEGF的表達(dá)。Western Blot法檢測(cè)VEGF檢測(cè)顯示其灰度值結(jié)果同上。術(shù)后3 d,聯(lián)合組和干細(xì)胞組VEGF相對(duì)灰度值無明顯差異(P>0.05),但與模型組比較均有明顯升高(均P<0.01);7 d和14 d組,聯(lián)合組均較其他兩組VEGF相對(duì)灰度值明顯升高(均P<0.01);7 d和14 d組,干細(xì)胞組VEGF相對(duì)灰度值較模型組明顯升高(均P<0.01)。說明腎腦復(fù)元湯聯(lián)合人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞可以促進(jìn)VEGF的表達(dá)。
表2 各組不同時(shí)間點(diǎn)VEGF表達(dá)比較
表2 各組不同時(shí)間點(diǎn)VEGF表達(dá)比較
組別 時(shí)間 免疫組化法 Western-Blot法模型組 術(shù)后3 d 0.25±0.01 0.34±0.01 (n=6) 術(shù)后7 d 0.27±0.01 0.36±0.01術(shù)后14 d 0.24±0.01 0.33±0.01干細(xì)胞組 術(shù)后3 d 0.28±0.01** 0.38±0.01**(n=6) 術(shù)后7 d 0.30±0.01** 0.50±0.01**術(shù)后14 d 0.30±0.01** 0.50±0.01**聯(lián)合組 術(shù)后3 d 0.29±0.01** 0.39±0.01**(n=6) 術(shù)后7 d 0.32±0.01**△△ 0.53±0.01**△△術(shù)后14 d 0.33±0.01**△△ 0.70±0.01**△△
圖2 各組VEGF陽性細(xì)胞表達(dá)(400倍)
圖3 各組Western-Blot法檢測(cè)VEGF表達(dá)
局灶性缺血時(shí),VEGF可在不同組織細(xì)胞中表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)血管發(fā)生,以保證缺血組織在恢復(fù)過程中微循環(huán)的建立。VEGF不僅是一種強(qiáng)效的有絲分裂原,可直接作用于內(nèi)皮細(xì)胞,誘導(dǎo)血管再生,并增加血管通透性,同時(shí)還是一種誘導(dǎo)血管形成和影響血管通透性的因子[13]。VEGF在人和動(dòng)物胚胎發(fā)育階段呈高水平表達(dá),介導(dǎo)生理過程的血管生成。正常成年組織中表達(dá)量很少,但在肺、腎、腦等組織中仍有一定低水平的表達(dá)。而在某些病理?xiàng)l件下,如缺血、缺氧時(shí),VEGF表達(dá)明顯增加,尤其以腦組織中的VEGF表達(dá)升高明顯。卒中發(fā)生后,缺血半暗帶區(qū)會(huì)產(chǎn)生大量VEGF等與血管新生有關(guān)的生長因子,促進(jìn)血管新生[14]。有研究認(rèn)為,VEGF對(duì)CNS的作用遠(yuǎn)不局限于調(diào)節(jié)血管的形成與生長,在腦缺血發(fā)生時(shí),VEGF對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)具有多重保護(hù)作用,涉及血管形成、促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生、直接的神經(jīng)營養(yǎng)和神經(jīng)保護(hù)作用及抗凋亡等多種機(jī)制[15]。
本實(shí)驗(yàn)研究顯示,腦缺血再灌注損傷后大鼠自身VEGF有一定表達(dá),人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞移植能夠升高VEGF的表達(dá)水平,而腎腦復(fù)元湯聯(lián)合人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療能夠顯著提高VEGF的表達(dá)水平。與模型組比較,腎腦復(fù)元湯聯(lián)合人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞能促進(jìn)腦缺血再灌注大鼠神經(jīng)功能損傷的恢復(fù),因此證明腎腦復(fù)元湯聯(lián)合人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞移植治療能夠發(fā)揮對(duì)腦的保護(hù)作用,其發(fā)揮作用的可能途徑是通過提高內(nèi)源性VEGF的表達(dá),從而促進(jìn)缺血區(qū)新生血管的生成。與單純干細(xì)胞移植治療組比較,聯(lián)合組對(duì)MCAO大鼠神經(jīng)功能恢復(fù)的效果更顯著,因此證明腎腦復(fù)元湯和外源性MSCs移植治療腦缺血再灌注損傷具有整體協(xié)同作用。兩者聯(lián)合作用促進(jìn)內(nèi)源性VEGF表達(dá)的具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。
術(shù)后3 d,各組VEGF平均光密度開始逐漸升高。說明在腦缺血損傷的早期機(jī)體即開始發(fā)揮對(duì)損傷腦組織的修復(fù)作用。在第3天時(shí),聯(lián)合組和干細(xì)胞組模型組VEGF的表達(dá)明顯高于模型組,說明聯(lián)合組和干細(xì)胞組在腦缺血損傷早期即可更大力度發(fā)揮對(duì)損傷腦組織的修復(fù)作用。模型組在術(shù)后7 d平均光密度增長達(dá)高峰,隨后該組VEGF平均光密度逐漸下降,干細(xì)胞組第7日,14 d VEGF的表達(dá)逐漸處于平臺(tái)期,但聯(lián)合組在第7日至第14日VEGF的表達(dá)仍呈現(xiàn)增長趨勢(shì),說明聯(lián)合組能更大程度促進(jìn)VEGF的表達(dá),進(jìn)一步發(fā)揮對(duì)損傷腦組織的修復(fù)作用,促進(jìn)血管新生。其原因可能是腎腦復(fù)元湯能夠延長HUC-MSCs在體內(nèi)存活的時(shí)限,從而使內(nèi)源性VEGF的表達(dá)持續(xù)升高。
本實(shí)驗(yàn)HE染色提示聯(lián)合組大鼠腦組織的神經(jīng)細(xì)胞變性相對(duì)較輕,其可能原因是聯(lián)合組促進(jìn)了內(nèi)源性VEGF的表達(dá),從而促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的新生。另外本實(shí)驗(yàn)中未出現(xiàn)因腎腦復(fù)元湯聯(lián)合HUC-MSCs移植治療引起的明顯不良反應(yīng),組織學(xué)行HE染色觀察各組未見到明顯腫瘤細(xì)胞及異形細(xì)胞。因此本實(shí)驗(yàn)也從側(cè)面驗(yàn)證了腎腦復(fù)元湯聯(lián)合HUC-MSCs移植治療腦缺血再灌注損傷近期沒有明顯的致瘤性,當(dāng)然中藥聯(lián)合干細(xì)胞移植治療的遠(yuǎn)期療效及致瘤性尚需進(jìn)一步研究。
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·研究報(bào)告·
Effect of Shennao Fuyuan Tang Combined with Transplantation of Human Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells on the Recovery of Neural Functional and Expression of VEGF in Cerebral Ischemic Rats
HU Guoheng,HOU Xiaohua,LI Yingchen,et al.The First Affiliated Hospital of Hunan University of TCM,Hunan,Changsha 410007,China.
【Abstract】Objective: To study the nerve protecting function of Shennao Fuyuan Tang combined with transplantation of human umbilical cord mesenchymal stem cells(HUC-MSCs)on the cerebral ischemic rats.Methods: MCAO models of rats were made and randomly divided into the model group(n=36),HUC-MSCs transplantation group(HUC-MSCs group)(n = 36)and Shennao Fuyuan Tang combined with HUC-MSCs transplantation group (the combined group)(n=36),and these groups were separately divided in to another 3 groups by execution time (3rd,7th,14thday).The Neurological Severity Scores(NSS)were observed,and the expression of VEGF was detected with immunohistochemical staining and Western blot methods.Results: 1)NSS on 3rd,7thand 14thday of both HUC- MSCs group and the combined group were lower than those of the model group at the same time section (P<0.01).NSS of the combined group on 7thand 14thday were lower than those of the HUC-MSCs group at the same time section(P<0.05 or P<0.01).There was no significant difference in NSS between the combined group and the HUC-MSCs group in 3rd day(P>0.05).2)The expression of VEGF in edge area of cerebral ischemia with immunohistochemical staining and Western blot methods to detect showed that the expression of VEGF of both the HUC-MSCs group and the combined group on on 3rd,7thand 14thday was higher than that of the model group(P<0.01).The expression of VEGF of the combined group on 7thand 14thday was higher than that of the HUC-MSCs group at the same time section(P<0.05).There was no significant difference in the expression of VEGF between the combined group and the HUC-MSCs group in 3rd day(P>0.05).Conclusion: Shennao Fuyuan Tang combined HUC MSCs transplantation can significantly improve the nerve function damage of MCAOrats,and promote the recovery of brain function.It plays the role of the protection of brain mechanism probably by enhancing endogenous VEGF expression.
【Key Words】Shennao Fuyuan Tang;Human umbilical cord mesenchymal stem cells(HUC-MSCs);Ischemia stroke;VEGF
中圖分類號(hào):R285.5
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號(hào):1004-745X(2016)01-0004-04
doi:10.3969/j.issn.1004-745X.2016.01.02
*基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81273751)
通信作者△(電子郵箱:504771117@qq.com)
收稿日期(2015-10-07)