禚志紅 張 靜 李國(guó)棟 王懷立△
1)鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院兒科,河南 鄭州 450052 2)鄭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,河南 鄭州 450052
癲癇是兒童神經(jīng)系統(tǒng)常見(jiàn)的慢性疾病,約30%的患兒發(fā)展為難治性癲癇,藥物治療困難。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn),炎癥在癲癇發(fā)作的發(fā)生及維持方面發(fā)揮著復(fù)雜而重要的作用,深入研究炎癥與癲癇發(fā)生發(fā)展的關(guān)系,有可能為難治性癲癇的病因治療提供一定的線(xiàn)索。本研究在海人酸(kainic acid,KA)誘導(dǎo)幼年大鼠癲癇發(fā)作前2 h腹腔注射脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)預(yù)處理,檢測(cè)急性期海馬組織Toll樣受體4(Toll like receptor 4,TLR4)、高遷移率族蛋白(High mobility group protein 1,HMGB1)的基因及蛋白、磷酸化核因子抑制蛋白α(phosphorylated IkappaB-alpha,P-IκB-α)的蛋白表達(dá)水平,探討脂多糖預(yù)處理對(duì)幼鼠癲癇發(fā)作的影響以及可能的機(jī)制。
1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及主要試劑儀器
1.1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物:出生21 d的清潔級(jí)健康雄性SD大鼠,體質(zhì)量40~50 g,由河南省實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供,許可證號(hào):SCXK(豫)2015-0004。隨機(jī)分為生理鹽水組7只(對(duì)照組)、海人酸誘導(dǎo)組26只(模型Ⅰ組)、LPS預(yù)處理組31只(模型Ⅱ組)。每組造模成功后且存活的動(dòng)物再隨機(jī)分為3 h、24 h兩個(gè)亞組,對(duì)照組僅設(shè)3 h亞組,每個(gè)亞組7只。
1.1.2 主要試劑:KA(美國(guó)santacruz,SC-200454A);LPS(美國(guó)Sigma,DG-L2880);RNA提取試劑盒(上海生工生物工程有限公司,SK1312);RNA 逆轉(zhuǎn)錄試劑盒(美國(guó)Thermo scientific,K1621);熒光定量PCR預(yù)混液(美國(guó)Thermo scientific,K0251);全蛋白提取試劑盒(上海生工生物工程有限公司,BSP003);改良型BCA法蛋白質(zhì)濃度測(cè)定試劑盒(上海生工生物工程有限公司,SK3051);磷酸酶抑制劑復(fù)合物Ⅲ(上海生工生物工程有限公司,PL019);抗β-actin兔多克隆抗體(中國(guó)BBI,AB10024);抗TLR4兔多克隆抗體(英國(guó)abcam,ab13556);抗P-IκB-α小鼠多克隆抗體(美國(guó)Santacruze,sc-8404);抗HMGB1兔多克隆抗體(英國(guó)abcam ab191583);山羊抗小鼠IgG (中國(guó)BBI,D110087);猴抗兔IgG(中國(guó)BBI,AB10056)。
1.1.3 主要儀器:超微量分光光度計(jì)(美國(guó)Thermo scientific,NANODROP 2000);熒光定量PCR儀(瑞士Roche,LightCycler 480Ⅱ);臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)(美國(guó)Sigma,1-14K);酶標(biāo)儀(美國(guó)Molecular Devices,SpectraMax i3x);垂直電泳槽(美國(guó)Biorad,Mini-Protean 3);轉(zhuǎn)移電泳槽(美國(guó)Biorad);轉(zhuǎn)移電泳儀(美國(guó)Biorad,Powerpac);化學(xué)發(fā)光成像系統(tǒng)(美國(guó)Syngene,G:BOX Chemi-XT4)。
1.2方法
1.2.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型制備及行為學(xué)觀察:模型組Ⅰ及對(duì)照組腹腔注射等量的生理鹽水,模型組Ⅱ腹腔注射LPS(100 μg/kg)。模型組Ⅰ和模型組Ⅱ注射生理鹽水/LPS后2 h腹腔注射KA(12 mg/kg)以誘導(dǎo)癲癇發(fā)作,對(duì)照組注射等量的生理鹽水。觀察注射KA/生理鹽水后2 h內(nèi)各組大鼠的行為學(xué)表現(xiàn),根據(jù)Racine標(biāo)準(zhǔn)對(duì)KA誘導(dǎo)的癲癇發(fā)作進(jìn)行分級(jí):Ⅰ級(jí):面肌抽動(dòng),節(jié)律性咀嚼動(dòng)作;Ⅱ級(jí):節(jié)律性點(diǎn)頭或濕狗樣抖動(dòng);Ⅲ級(jí):一側(cè)前肢陣攣;Ⅳ級(jí):雙側(cè)前肢陣攣并站立;Ⅴ級(jí):全身強(qiáng)直陣攣、跌倒[1]。Ⅳ級(jí)及以上為造模成功,SE持續(xù)2 h后,將水合氯醛(350 mg/kg)腹腔注射使發(fā)作終止,未達(dá)到Ⅳ級(jí)者從模型組中剔除。SE后3 h、24 h留取腦組織備用。
1.2.2 熒光定量PCR法檢測(cè)海馬內(nèi)TLR4基因和HMGB1基因:①引物的設(shè)計(jì)與合成:根據(jù)Gene Bank中 SD大鼠TLR4、HMGB1及β-actin的基因序列,Primer Primer5.0軟件設(shè)計(jì)引物序列(見(jiàn)表1),由上海生工生物工程有限公司合成。引物用DEPC水配制為100 μM的工作液,-20 ℃保存?zhèn)溆?。②總RNA的提取和CDNA的合成:在相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)將大鼠處死,冰上操作分離海馬組織,按說(shuō)明書(shū)提取海馬組織中的總RNA;用Thermo Scientific Nano Drop2000分光光度計(jì)測(cè)定RNA的濃度和純度。依說(shuō)明書(shū)進(jìn)行mRNA的反轉(zhuǎn)錄、合成CDNA,-20 ℃保存?zhèn)溆?。③Q-PCR反應(yīng):參照Thermo Scientific Maxima SYBR Green qPCR 預(yù)混液說(shuō)明書(shū)在Light Cycler 480 實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀進(jìn)行RT-PCR反應(yīng)。分析熔解曲線(xiàn)特異性,2-△△Ct分析法對(duì)大鼠海馬組織TLR4、HMGB1基因相對(duì)表達(dá)量進(jìn)行分析,得相對(duì)表達(dá)倍數(shù)為N(N =2-△△Ct),其中△△Ct=(待測(cè)組的目的基因平均Ct值-待測(cè)組管家基因平均Ct值)-(對(duì)照組的目的基因平均Ct 值-對(duì)照組管家基因平均Ct 值)。
表1 TLR4、HMGB1基因引物序列
1.2.3 Westernblot檢測(cè)海馬內(nèi)TLR4蛋白、P-IκB-α蛋白、HMGB1蛋白的表達(dá)
1.2.3.1 海馬組織蛋白提?。捍笫笤谙鄳?yīng)時(shí)間點(diǎn)斷頭取腦,冰上快速分離海馬組織。蛋白提取按照試劑盒操作說(shuō)明進(jìn)行。提取蛋白后按照試劑盒說(shuō)明進(jìn)行蛋白定量。
1.2.3.2 SDS-PAGE凝膠電泳:將玻璃板洗凈后用雙蒸水浸泡沖洗。根據(jù)目的蛋白分子量選擇相應(yīng)濃度的下層分離膠。依次配制分離膠和5%的濃縮膠,待濃縮膠聚合后,將待測(cè)樣品與上樣液充分混合,99 ℃水浴5 min。加入電泳緩沖液,蛋白樣品按30 μg依次上樣。開(kāi)始電泳,電泳時(shí)間1.5~2 h。
1.2.3.3 轉(zhuǎn)膜:預(yù)先用甲醇浸泡PVDF膜15 ~ 20 min,蒸餾水漂洗,后浸泡于轉(zhuǎn)膜緩沖液中。按照:負(fù)極-海綿墊-濾紙-凝膠-PVDF膜-濾紙-海綿墊-正極的順序放置,關(guān)閉轉(zhuǎn)膜夾并插入充滿(mǎn)緩沖液的轉(zhuǎn)移電泳槽中。將電泳槽置于4 ℃冰盒中,200 mA恒流轉(zhuǎn)移1 h。
1.2.3.4 封閉和雜交:5%的脫脂牛奶室溫封閉1~2 h。TBST振蕩洗滌3次×10 min。用一抗稀釋液分別配制一抗工作液β-actin (1:5 000),HMGB1 (1:700),TLR4 (1:700),P-IκB-α(1:50);將PVDF膜放入一抗工作液中4 ℃過(guò)夜。TBST振蕩洗滌3次×10 min。將PVDF膜放入用5%脫脂牛奶配制的相應(yīng)二抗工作液中,室溫孵育1 h。TBST振蕩洗滌3次×10 min。
1.2.3.5 顯影反應(yīng):選擇ECL發(fā)光法,采用數(shù)字凝膠成像分析系統(tǒng)進(jìn)行掃描,使用Image-Pro Plus 5.0軟件分析條帶光密度,將目的蛋白條帶的光密度值與內(nèi)參(β-actin)的光密度值做比值,計(jì)算各目的蛋白的相對(duì)表達(dá)量。
2.1各組幼鼠癲癇發(fā)作成功及死亡情況比較行為學(xué)觀察模型Ⅰ組共26只SD鼠達(dá)SE并存活16只,模型Ⅱ組共31只SD鼠達(dá)SE并存活17只。模型Ⅰ組和模型Ⅱ組大鼠在KA注射后2 h內(nèi)均出現(xiàn)行為改變,容易激惹、攻擊性強(qiáng)、飲食減少。見(jiàn)表2。
表2 各組幼鼠癲癇發(fā)作成功及死亡情況比較
2.2熒光定量PCR檢測(cè)急性期海馬組織TLR4基因、HMGB1基因的表達(dá)模型Ⅰ組、Ⅱ組在SE后3 h、24 h海馬TLR4及HMGB1基因表達(dá)量顯著高于對(duì)照組。SE后3 h模型Ⅱ組TLR4表達(dá)量顯著高于Ⅰ組,SE后24 h無(wú)顯著性差異;SE后3 h、24 h模型Ⅰ組HMGB1表達(dá)量與模型Ⅱ組比較無(wú)顯著性差異。見(jiàn)表3、4。
表3 各組SE后3 h和24 h海馬TLR4基因表達(dá)倍數(shù)比較
注:SE:癲癇持續(xù)狀態(tài),Ct:熒光閾值循環(huán)數(shù),TLR4:Toll樣受體4,對(duì)照組2-△△CT均為1,采用SPSS17.0軟件進(jìn)行t檢驗(yàn),與生理鹽水比較:t=4.806,a1P<0.05;t=4.954,a2P<0.05;t=3.924,a3P<0.05;t=3.792,a4P<0.05;與模型Ⅰ組(3 h)比較:t=2.362,b1P<0.05;與模型Ⅰ組(24 h)比較:t=0.589,c1P>0.05
表4 各組SE后3 h和24 h海馬HMGB1基因表達(dá)倍數(shù)比較
注:SE:癲癇持續(xù)狀態(tài),Ct:熒光閾值循環(huán)數(shù),HMGB1:高遷移率族蛋白1,對(duì)照組2-△△CT均為1,采用SPSS17.0軟件進(jìn)行t檢驗(yàn),與生理鹽水比較:t=3.626,a5P<0.05,t=5.255,a6P<0.05,t=4.046,a7P<0.05,t=2.836,a8P<0.05;與模型Ⅰ組(3 h)比較:t=0.569,b2P>0.05;與模型Ⅰ組(24 h)比較:t=0.691,c2P>0.05
2.3各組SE后3 h、24 hTLR4蛋白、HMGB1蛋白、P-IκB-α蛋白條帶灰度值分析Westernblot法檢測(cè)各組海馬TLR4蛋白、HMGB1蛋白、P-IκB-α蛋白表達(dá) SE后各個(gè)時(shí)間點(diǎn)模型Ⅰ組與Ⅱ組海馬TLR4蛋白與P-IκB-α蛋白表達(dá)量均顯著高于對(duì)照組,與對(duì)照組比較,模型組HMGB1蛋白各時(shí)間點(diǎn)表達(dá)量無(wú)顯著性增加;SE后3 h模型Ⅱ組TLR4蛋白表達(dá)量顯著高于Ⅰ組,SE后24 h無(wú)顯著性差異;SE后3 h、24 h 模型Ⅱ組P-IκB-α蛋白表達(dá)量顯著高于Ⅰ組;模型Ⅰ組、Ⅱ組HMGB1蛋白表達(dá)量在各時(shí)間點(diǎn)均無(wú)顯著性差異。采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行t檢驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)圖1、表5。
圖1 各組SE后3 h、24 hTLR4蛋白、HMGB1蛋白、P-IκB-α蛋白、β-actin蛋白表達(dá)情況
組別TLR4PIκBαHMGB1對(duì)照組0.16±0.0750.62±0.0230.333±0.95模型Ⅰ組(3h)0.61±0.032d10.87±0.021e10.41±0.93f1模型Ⅰ組(24h)0.55±0.112d21.42±0.031e20.31±0.99f2模型Ⅱ組(3h)0.84±0.086d3,g11.32±0.044e3,g30.37±0.99f3,g5模型Ⅱ組(24h)0.63±0.094d4,g22.13±0.035e4,g40.40±0.98f4,g6F值11.38488.3440.567P值<0.01<0.01>0.05
注:SE:癲癇持續(xù)狀態(tài),TLR4:Toll樣受體4,P-IκB-α:磷酸化核因子抑制蛋白α,HMGB1:高遷移率族蛋白1,采用SPSS17.0軟件進(jìn)行t檢驗(yàn),與生理鹽水比較:t=7.804,d1P<0.05,t=4.256,d2P<0.05,t=8.385,d3P<0.05,t=4.262,d4P<0.05;t=4.383,e1P<0.05,t=14.521,e2P<0.05,t=6.627,e3P<0.05,t=19.458,e4P<0.05;t=0.389,f1P>0.05,t=0.106,f2P>0.05,t=0.213,f3P>0.05,t=0.279,f4P>0.05。與模型Ⅰ組比較:t=4.284,g1P<0.05,t=0.737,g2P>0.05,t=4.249,g3P<0.05,t=9.120,g4P<0.05,t=0.168,g5P>0.05,t=0.385,g6P>0.05
近年來(lái)的實(shí)驗(yàn)和臨床研究提示,炎癥反應(yīng)可能參與癲癇的發(fā)生發(fā)展,但大多數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)源于成年癲癇患者或成年嚙齒動(dòng)物,對(duì)兒童癲癇患者或幼年動(dòng)物的研究較少。腦內(nèi)炎癥反應(yīng)與癲癇發(fā)作可能互為因果關(guān)系:(1)癲癇發(fā)作和繼發(fā)細(xì)胞損傷可引發(fā)炎癥反應(yīng);(2)炎癥反應(yīng)可能促進(jìn)癲癇發(fā)作;(3)炎癥反應(yīng)可能參與癲癇發(fā)作后持久的細(xì)胞損傷[2-6]。針對(duì)炎癥反應(yīng)的治療方法對(duì)一些難治性癲癇及癲癇持續(xù)狀態(tài)的治療效果也優(yōu)于傳統(tǒng)抗癲癇藥[6]。LPS也稱(chēng)內(nèi)毒素,是革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁的主要成分之一,能被TLR4識(shí)別并激活膠質(zhì)細(xì)胞的固有免疫反應(yīng)。TLR4是第一種被認(rèn)為識(shí)別病原相關(guān)分子模式(Pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)的受體,LPS可以被TLR4識(shí)別引發(fā)機(jī)體的免疫反應(yīng),從而抵抗病原體入侵[7-8]。張艷祥等[9]通過(guò)海馬內(nèi)注射LPS誘發(fā)大鼠癲癇發(fā)作,且通過(guò)LPS活化TLR4可以加重鋰-匹羅卡品誘導(dǎo)的大鼠癲癇持續(xù)狀態(tài)。HMGB1是一種核染色質(zhì)成分,正常生理情況下存在于細(xì)胞核中,死亡的細(xì)胞釋放的HMGB1被視為組織損傷的信號(hào),可被TLR4識(shí)別并激活固有免疫反應(yīng)。HMGB1引發(fā)的免疫反應(yīng)與外源性病原體入侵時(shí)相似,但分子機(jī)制仍未明確[7,10-12]。正常生理?xiàng)l件下活化核轉(zhuǎn)錄因子κB(Nuclear factor-κ-genebinding,NF-κB)與調(diào)節(jié)蛋白κB抑制劑(IκB-α)結(jié)合,以失活狀態(tài)存在于胞質(zhì)中。當(dāng)細(xì)胞受到TNF-α、LPS或吸入性麻醉劑等一系列外源性刺激時(shí),TLR4/HMGB1信號(hào)通路依賴(lài)MyD88活化NF-κB,活化的NF-κB轉(zhuǎn)移入核并促進(jìn)炎癥介質(zhì)表達(dá)[13-14]。本研究在KA誘導(dǎo)幼年大鼠癲癇發(fā)作前2 h給予LPS預(yù)處理,檢測(cè)急性期海馬組織中TLR4、HMGB1基因及蛋白、P-IκB-α蛋白表達(dá)水平,探討TLR4/HMGB1/IκB-α在LPS加重幼年大鼠癲癇發(fā)作中的變化。
在癲癇小鼠模型和人類(lèi)顳葉癲癇、Rasmussen腦炎的研究中發(fā)現(xiàn),TLR4/HMGB1通路在癲癇慢性病程中可以促進(jìn)驚厥發(fā)作[15-18],也參與膠質(zhì)瘤相關(guān)癲癇的發(fā)生機(jī)制[19-20]。臨床研究也發(fā)現(xiàn)癲癇患兒血清中HMGB1等炎癥因子水平升高[16,21-24]。HMGB1作為一種損傷相關(guān)分子模式(Damage-associated molecular patterns,DAMPs),正常情況下存在于胞核中,當(dāng)組織損傷時(shí)由死亡的細(xì)胞釋放到胞外。研究發(fā)現(xiàn),海人酸誘導(dǎo)的癲癇細(xì)胞模型中,HMGB1可以通過(guò)改變表達(dá)量和細(xì)胞分布位置,參與癲癇發(fā)生的病理生理學(xué)過(guò)程[12,25],但是并未闡述具體機(jī)制及相關(guān)的信號(hào)通路。本研究發(fā)現(xiàn)LPS預(yù)處理可以增加KA造模的成功率及模型鼠的病死率,癲癇急性期海馬TLR4、HMGB1的基因表達(dá)均顯著增加,TLR4、P-IκB-α蛋白表達(dá)亦顯著增加,但HMGB1總蛋白無(wú)顯著改變;而LPS預(yù)處理可顯著增加TLR4、P-IκB-α蛋白的表達(dá),對(duì)HMGB1的基因水平及蛋白表達(dá)無(wú)顯著性影響。提示LPS預(yù)處理使TLR4表達(dá)量升高,通過(guò)增加IκB-α磷酸化,在LPS預(yù)處理的幼鼠中促進(jìn)癲癇發(fā)作急性期腦內(nèi)炎癥反應(yīng),進(jìn)而加重癲癇發(fā)作。
TLR4/HMGB1信號(hào)通路可能促進(jìn)驚厥的發(fā)生和持續(xù),或許可作為治療靶點(diǎn)改善難治性癲癇患者的治療效果[8,11,26]。研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)抑制HMGB1/TLR4信號(hào)通路可以減輕癲癇發(fā)作對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥損傷[27],對(duì)難治性癲癇有一定的治療效果,也可抑制自身免疫性腦脊髓炎相關(guān)的癲癇[26,28-29]。但是由于炎癥網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性,需要注意一系列炎癥因子的相互作用[30]。未來(lái)需要更多研究針對(duì)多種關(guān)鍵促炎因子聯(lián)合治療,以全面抑制炎癥網(wǎng)絡(luò),可能達(dá)到更加一致的治療結(jié)果。本研究結(jié)果提示、癲癇發(fā)作引起的損傷細(xì)胞釋放HMGB1可以活化TLR4受體,通過(guò)磷酸化IκB-α活化下游炎癥反應(yīng),LPS預(yù)處理可以加強(qiáng)這一現(xiàn)象從而加重癲癇發(fā)作,提示抑制TLR4活性或者抑制IκB-α磷酸化或許可以減輕癲癇發(fā)作引起的腦內(nèi)炎癥反應(yīng),進(jìn)而為尋找針對(duì)病因治療的新型抗癲癇藥物提供理論依據(jù)。
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