何 霞 崔 璨 陳 敏
(鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院,鄭州 450052)
腦梗死屬于神經(jīng)內(nèi)科高發(fā)疾病,占腦血管疾病的75.0%,發(fā)病早期治療措施不當(dāng)臨床死亡率將超過10.0%[1]。腦梗死發(fā)病機(jī)制相對(duì)復(fù)雜,普遍認(rèn)為是由于腦血管供應(yīng)發(fā)生障礙,造成腦部出現(xiàn)缺血、缺氧,從而引起腦部組織發(fā)生局限性壞死、腦軟化,其病因較多,包括動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓、糖尿病等,嚴(yán)重影響我國(guó)居民健康[2]。目前,臨床上對(duì)于腦梗死以超早期溶栓、腦神經(jīng)保護(hù)等治療為主,該方案雖然能降低臨床死亡率,延緩病情發(fā)展,但是臨床治療預(yù)后較差,存活患者中仍然有50.0%~70.0%患者伴有不同程度的后遺癥,難以達(dá)到預(yù)期治療效果[3]。生物學(xué)研究認(rèn)為:成熟的神經(jīng)元由于特殊的結(jié)構(gòu),當(dāng)期發(fā)生受損后將無(wú)法再生[4],因此腦梗死患者發(fā)病后由于神經(jīng)元發(fā)生壞死性缺血,成為治療發(fā)病后殘疾的重要原因。
隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展,干細(xì)胞在腦梗死中得到應(yīng)用,對(duì)于其基礎(chǔ)、臨床前期研究獲得的成果相對(duì)較多[5]。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞屬于特殊的干細(xì)胞,具有取材方便、免疫原性低、能自體移植等特點(diǎn),成為腦梗死治療的首選干細(xì)胞。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明[6]:將骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞用于腦梗死中有助于促進(jìn)腦梗死神經(jīng)功能恢復(fù),并且該治療方法是有效的,能為腦梗死臨床治療提供新的方法。文獻(xiàn)報(bào)道顯示:腦梗死能誘發(fā)自身內(nèi)源性神經(jīng)干/前體細(xì)胞的增殖,細(xì)胞能自發(fā)移植到梗死病灶周圍,在多種酶作用下向神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞分化[7]。但是,多數(shù)增殖的內(nèi)源性神經(jīng)干/前體細(xì)胞存活周期較短,難以對(duì)腦梗死的治療發(fā)揮實(shí)質(zhì)性作用[8]。研究表明[9]:將骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞用于實(shí)驗(yàn)性SD大鼠腦梗死中有助于提高機(jī)體免疫,降低炎性反應(yīng),但是不同學(xué)者試驗(yàn)結(jié)果存在爭(zhēng)議。因此,本課題以2015年3月~2017年5月實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的SD大鼠65例作為研究對(duì)象,探討骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植對(duì)實(shí)驗(yàn)性大鼠缺血性腦梗死免疫炎性反應(yīng)的影響。
1.1材料
1.1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 以2015年3月~2017年5月進(jìn)行隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)的SD大鼠65例作為研究對(duì)象,清潔級(jí)。65只SD大鼠體質(zhì)量67.3~91.5 g,平均(77.45±4.75)g,所選動(dòng)物均由醫(yī)學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供,許可證號(hào):scxk2008-0020。研究中對(duì)于SD大鼠的處理均符合《關(guān)于善待實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的指導(dǎo)下意見》原則[10],飼養(yǎng)時(shí)控制實(shí)驗(yàn)室恒溫(20±2)℃,恒濕 50%~60%,大鼠常規(guī)飼養(yǎng),自由攝食、飲水,光照12 h,建模前12 h禁食,實(shí)驗(yàn)均通過醫(yī)院動(dòng)物委員會(huì)批準(zhǔn)同意,在鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科完成。
1.1.2主要儀器和試劑 胰蛋白酶、Ⅱ型膠原酶(Amreseo公司,State of Ohio,USA)、多聚甲醛(北京化工廠)、水合氯醛(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、CO2培養(yǎng)箱(Thermo Forma公司)、倒置相差顯微鏡(IX-71-S8F,Olympus,Japan)、高速冷凍離心機(jī) Sigma 1-15K(德國(guó)賽多利斯公司)、手術(shù)器械一套(醫(yī)院提供)。
1.2方法
1.2.1實(shí)驗(yàn)性大鼠缺血性腦梗死模型建立 利用改良Zea-longa線栓法阻斷大腦中動(dòng)脈成功構(gòu)建實(shí)驗(yàn)性大鼠缺血性腦梗死模型。手術(shù)前動(dòng)物禁食、禁飲4 h,根據(jù)無(wú)菌手術(shù)操作進(jìn)行,利用Marker筆在尼龍栓線在距離頭端1.8 cm部位進(jìn)行標(biāo)記,碘伏消毒后備用。利用10.0%水合氯醛對(duì)大鼠進(jìn)行腹腔注射麻醉(劑量0.35 ml/100 g),待麻醉生效后10 min將大鼠固定在固定板上,去除頸部的毛發(fā),利用碘伏完成皮膚消毒,從頸部正中作長(zhǎng)為1.5 cm的切口,范圍為頸部到下頜反折部位,剪開闊筋膜,充分暴露右側(cè)胸鎖乳突肌,并且在胸鎖乳突肌、頸前肌群部位向深部分離,暴露頸動(dòng)脈鞘。建模過程中避免損傷迷走神經(jīng),利用6-0絲線沿著頸外動(dòng)脈和右側(cè)頸總動(dòng)脈離分叉8 mm部位進(jìn)行結(jié)扎,頸內(nèi)動(dòng)脈及右側(cè)頸總動(dòng)脈僅單一套線不進(jìn)行結(jié)扎,利用血管鉗牽拉頸內(nèi)動(dòng)脈,壓閉頸總動(dòng)脈完成血流的阻斷后控制剪開的右側(cè)頸總動(dòng)脈。在右側(cè)頸總動(dòng)脈分離叉5 mm部位作小切口,置入尼龍線直到頸內(nèi)動(dòng)脈。單結(jié)輕微結(jié)扎右側(cè)頸總動(dòng)脈,控制血液反流但是避免栓線阻礙,松開頸內(nèi)動(dòng)脈的牽拉套線,利用顯微鑷子夾住,利用鑷子沿著頸內(nèi)動(dòng)脈方向插入,當(dāng)栓線上標(biāo)記的1.8 cm達(dá)到右側(cè)頸總動(dòng)脈分叉部位時(shí)停止插入,雙結(jié)扎右側(cè)頸總動(dòng)脈套線,縫合手術(shù)切口,栓線尾端暴露在切口外2 h后拔除1 cm實(shí)現(xiàn)血流的再灌注,剪斷外部栓線,完成實(shí)驗(yàn)性大鼠缺血性腦梗死模型建立。大鼠出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)障礙,動(dòng)脈栓塞對(duì)側(cè)肢體不如同側(cè)靈活、跛行視為建模成功[11,12]。
1.2.2骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分離、培養(yǎng) 取5只大鼠,利用1%異戊巴比妥鈉(注射量3 ml/kg)腹腔內(nèi)麻醉,采用斷頸方法處死大鼠,去除雙側(cè)股骨、脛骨及肌肉,剪斷骨骺,充分暴露骨髓腔,利用PBS進(jìn)行沖洗,收集骨髓細(xì)胞,經(jīng)反復(fù)吹打后制備單細(xì)胞懸液,將其接種在37℃,濃度為5%CO2中連續(xù)培養(yǎng),24 h后全量換液,以后每周換液1次,待細(xì)胞生長(zhǎng)融合70.0%~80.0%時(shí),開始傳代培養(yǎng),取第3代細(xì)胞備用[13,14]。
1.2.3模型大鼠處理 將建模成功后的大鼠60只,隨機(jī)分為模型組、對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組,每組20只。模型組建模成功后僅進(jìn)行血管結(jié)扎,不插入線栓;對(duì)照組在病灶部位注入3 ml等體積PBS;實(shí)驗(yàn)組在病灶部位注入10 μl第三代骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞,取原切口,在右側(cè)胸鎖乳突肌內(nèi)側(cè)鈍性分離確定右側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈,利用1 ml注射器進(jìn)行穿刺,沿著頸內(nèi)動(dòng)脈方向注射10 μl(細(xì)胞數(shù)量為1×105個(gè))骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞稀釋液,將預(yù)留絲線收緊后,結(jié)扎右側(cè)頸外動(dòng)脈,止血后完成切口縫合[15]。
1.2.4觀察指標(biāo) ①骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞細(xì)胞形態(tài)。取少許分離、培養(yǎng)的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞,在倒置顯微鏡下觀察細(xì)胞的形態(tài)[16]。②熒光顯微鏡觀察。取少許分離、培養(yǎng)的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞,在顯微鏡下計(jì)算細(xì)胞數(shù)目,利用離心機(jī)進(jìn)行離心,然后加入CD34-PE單抗、CD44-FITC、CD29-異硫氰熒光素(FITC)進(jìn)行標(biāo)記以及CD45-藻紅蛋白(PE),在28℃的黑暗條件下進(jìn)行30 min保存,然后在熒光顯微鏡下,觀察細(xì)胞綠色熒光蛋白的標(biāo)記率[17]。③神經(jīng)功能評(píng)分。對(duì)大鼠進(jìn)行3個(gè)月試驗(yàn),參考Longa和Bederson方法對(duì)三組大鼠神經(jīng)功能進(jìn)行評(píng)分,采用0~5分制法進(jìn)行評(píng)定,0分:無(wú)神經(jīng)功能癥狀;4分:不能走路且意識(shí)喪失[18]。④炎性因子水平。三組大鼠治療后次日早晨尾靜脈抽取2 ml靜脈血,采用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)測(cè)定IL-6、IFN-γ、IL-10及TGF-β水平,有關(guān)操作嚴(yán)格遵循儀器步驟完成[19]。⑤免疫水平。三組大鼠治療后1個(gè)月、2個(gè)月及3個(gè)月采集靜脈血標(biāo)本,血清分離后采用流式細(xì)胞術(shù)測(cè)定CD4+CD25+Tregs細(xì)胞占CD4+T細(xì)胞的百分比[20]。
2.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物數(shù)量分析 本課題中納入65只SD大鼠,所有大鼠均根據(jù)要求完成相關(guān)實(shí)驗(yàn),中途無(wú)脫落。
2.2分離制備細(xì)胞形態(tài) 倒置顯微鏡下第3天第1代骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞體積增大,呈多角形或長(zhǎng)梭形,細(xì)胞開始聚集,第3代細(xì)胞迅速增殖,排列具有一定的方向性,呈旋渦狀生長(zhǎng),并且具有多層,界限不清,見圖1。
2.3骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞熒光顯微鏡觀察 熒光顯微鏡觀察結(jié)果表明:獲得細(xì)胞中大部分區(qū)域被熒光標(biāo)記,獲得的細(xì)胞為骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞,見圖2。
2.4三組大鼠治療后不同時(shí)間點(diǎn)神經(jīng)功能評(píng)分比較 對(duì)照組與模型組治療后1個(gè)月、2個(gè)月及3個(gè)月神經(jīng)功能評(píng)分比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);實(shí)驗(yàn)組后1個(gè)月、2個(gè)月及3個(gè)月神經(jīng)功能評(píng)分,低于對(duì)照組與模型組(P<0.05),見表1。
2.5三組大鼠治療后3個(gè)月炎癥因子水平比較 對(duì)照組與模型組IL-6、IFN-γ、IL-10及TGF-β水平比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);實(shí)驗(yàn)組治療后3個(gè)月IL-6、IFN-γ水平,高于對(duì)照組(P<0.05);實(shí)驗(yàn)組治療后3個(gè)月IL-10及TGF-β水平,低于對(duì)照組(P<0.05),見表2。
圖1 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞倒置顯微鏡形態(tài)(×200)Fig.1 Bone marrow mesenchymal stem cells inverted microscope morphology(× 200)Note:Fig.A shows the first generation of bone marrow mesenchymal stem cell morphology;Fig.B shows the third generation of bone marrow mesenchymal stem cell morphology.
圖2 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞熒光顯微鏡觀察(×400)Fig.2 Fluorescence microscopy of bone marrow mesen-chymal stem cells(× 400)Note:Most of the area in the figure is covered by blue fluorescence.
Groupsn1month2months3monthsObservationgroup20231±0891)2)184±0731)2)084±0211)2)Controlgroup20302±094231±084155±034Modelgroup20304±096233±085157±036
Note:Compared with the control group,1)P<0.05;compared with the model group,2)P<0.05.
GroupsnIL?6(ng/L)IFN?γ(ng/L)IL?10(ng/L)TGF?β(ng/L)Observationgroup2055948±24361)2)3232±4361)2)848±2311)2)4039±4511)2)Controlgroup2045832±21191483±3911583±4035325±604Modelgroup2045081±19881302±3261604±4055838±653
Note:Compared with the control group,1)P<0.05;compared with the model group,2)P<0.05.
Groupsn1month2months3monthsObservationgroup20746±4351)2)1325±4621)2)1683±4711)2)Controlgroup20542±231894±3471093±404Modelgroup20541±229893±3411089±401
Note:Compared with the control group,1)P<0.05;compared with the model group,2)P<0.05.
2.6三組大鼠治療后不同時(shí)間點(diǎn)免疫水平比較 三組大鼠治療后免疫水平均得到明顯提高;對(duì)照組與模型組免疫水平比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);實(shí)驗(yàn)組大鼠治療后1個(gè)月、2個(gè)月及3個(gè)月CD4+CD25+Tregs細(xì)胞占CD4+T細(xì)胞的百分比,高于對(duì)照組與模型組(P<0.05),見表3。
根據(jù)我國(guó)第三次全國(guó)死亡病因調(diào)查結(jié)果表明:腦血管疾病已經(jīng)成為威脅我國(guó)居民健康的首要死亡原因,占死亡總數(shù)的22.45%,屬于是一種單病種致死、致殘率較高的疾病,嚴(yán)重影響我國(guó)居民健康及生活[21]。腦梗死占腦血管病的70.0%,且對(duì)于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家甚至達(dá)到85.0%,因此,加強(qiáng)腦梗死的防治對(duì)改善預(yù)后具有重要的意義[22]。目前,臨床上對(duì)于腦梗死以溶栓治療為主,該方案雖然能延緩疾病發(fā)展,但是治療時(shí)間窗過短,符合溶栓治療適應(yīng)證患者相對(duì)較少,治療時(shí)容易增加顱內(nèi)出血風(fēng)險(xiǎn)[23]。
干細(xì)胞可以分為胚胎干細(xì)胞與成體干細(xì)胞兩種[24]。胚胎干細(xì)胞屬于是一種高度未分化的細(xì)胞,具備發(fā)育全能性,能分化出所有成體動(dòng)物的組織、器官。而成體干細(xì)胞則具備與胚胎干細(xì)胞相類似的分化能力。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞由于特性相對(duì)穩(wěn)定,來源充足,易于冷凍保存及體外擴(kuò)增,細(xì)胞具備較強(qiáng)的自我更新、多向分化潛能,能分泌大量生長(zhǎng)因子,有助于促進(jìn)血管的生成和再生[25]。因此,骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞屬于組織工程中離心的“種子細(xì)胞”。本課題中,采用貼壁法能完成大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分離制備,結(jié)果表明:倒置顯微鏡下第3天第1代骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞體積增大,呈多角形或長(zhǎng)梭形,細(xì)胞開始聚集,第3代細(xì)胞迅速增殖,排列具有一定的方向性,呈旋渦狀生長(zhǎng),并且具有多層,界限不清;熒光顯微鏡觀察結(jié)果表明:獲得細(xì)胞中99%被熒光標(biāo)記,獲得的細(xì)胞為骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞。提示采用貼壁法能實(shí)現(xiàn)對(duì)大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的分離、提取和制定,并且經(jīng)過對(duì)細(xì)胞鑒定后看出:制備培養(yǎng)的細(xì)胞為骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞,能為后續(xù)試驗(yàn)的順利開展奠定基礎(chǔ)。國(guó)外學(xué)者研究表明:骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)于腦梗死具有神經(jīng)保護(hù)作用,有助于提高機(jī)體免疫,降低炎癥因子水平[26]。因此,本課題中以大鼠作為研究對(duì)象,利用改良Zea-longa線栓法阻斷大腦中動(dòng)脈成功構(gòu)建實(shí)驗(yàn)性大鼠缺血性腦梗死模型,該建模方法相對(duì)簡(jiǎn)單,能獲得較高的成功率,并且建模對(duì)于實(shí)驗(yàn)室儀器要求較低。
本課題中,將分離制備的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞抑制到實(shí)驗(yàn)性腦梗死大鼠中,以PBS及模型組進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明:實(shí)驗(yàn)組治療后1個(gè)月、2個(gè)月及3個(gè)月神經(jīng)功能評(píng)分,低于對(duì)照組與模型組(P<0.05)。提示骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的使用有助于改善大鼠神經(jīng)功能。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞用于實(shí)驗(yàn)性大鼠缺血性腦梗死模型中機(jī)制如下:(1)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的移植能促進(jìn)神經(jīng)功能再生,能維持缺血神經(jīng)細(xì)胞的存活,從而促進(jìn)神經(jīng)功能缺損的恢復(fù)。國(guó)內(nèi)學(xué)者試驗(yàn)表明:腦缺血模型大鼠移植骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞后在血清中存在諸多促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)的再生細(xì)胞因子,利于大鼠神經(jīng)功能缺損的修復(fù)[27]。(2)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的移植有助于促進(jìn)血管的再生,能提高內(nèi)源性血管生成因子的表達(dá),從而提高血管內(nèi)皮細(xì)胞的增生,緩解腦局部缺血、缺氧[28];(3)腦梗死大鼠建模后神經(jīng)元細(xì)胞通過缺血后再灌注方式發(fā)生凋亡,而骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的抑制則能延緩凋亡的周期,緩解氧化應(yīng)激引起的自由基損傷[29]。(4)腦梗死的發(fā)生、發(fā)展屬于是一個(gè)多因素過程,涉及免疫炎癥反應(yīng),該反應(yīng)是由于浸潤(rùn)的免疫細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞共同作用引起,能產(chǎn)生炎癥介質(zhì)及細(xì)胞因子,包括:IL-6、IFN-γ、IL-10及TGF-β等,而移植骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞則能減少由于腦梗死引起的炎癥因子,有助于調(diào)節(jié)機(jī)體免疫,減輕局部免疫炎癥反應(yīng),利于神經(jīng)功能早期恢復(fù)[30]。本研究中,實(shí)驗(yàn)組治療后3個(gè)月IL-6、IFN-γ水平,高于對(duì)照組(P<0.05);實(shí)驗(yàn)組治療后3個(gè)月IL-10及TGF-β水平,低于對(duì)照組(P<0.05);實(shí)驗(yàn)組大鼠治療后1個(gè)月、2個(gè)月及3個(gè)月CD4+CD25+Tregs細(xì)胞占CD4+T細(xì)胞的百分比,高于對(duì)照組與模型組(P<0.05)。提示:骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的抑制有助于降低炎癥反應(yīng),提高神經(jīng)功能恢復(fù)。目前普遍認(rèn)為,腦梗死后由浸潤(rùn)的免疫細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞等觸發(fā)的免疫炎性反應(yīng),而氧化應(yīng)激、程序性細(xì)胞死亡等在缺血性腦梗死中均發(fā)揮重要作用。而骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植則能促進(jìn)促炎細(xì)胞因子的釋放,能減輕缺血再灌注損傷,發(fā)揮移植免疫性炎性反應(yīng)作用,促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)。Treg細(xì)胞是T淋巴細(xì)胞的一個(gè)子集,有特殊的免疫調(diào)制機(jī)制,在免疫應(yīng)答中發(fā)揮了重要的作用,能維持自身免疫穩(wěn)態(tài)、防止自身免疫疾病的發(fā)生。CD4+CD25+Tregs屬于是重要的CD4+細(xì)胞亞群,能表達(dá)CD25及特異性核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子,有效地抑制免疫炎性反應(yīng),從而產(chǎn)生免疫耐受。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的移植則能有效地改善腦梗死引起的腦損傷,有助于調(diào)節(jié)機(jī)體免疫。
綜上所述,利用改良Zea-longa線栓法阻斷大腦中動(dòng)脈成功構(gòu)建實(shí)驗(yàn)性大鼠缺血性腦梗死模型,采用貼壁法能完成大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分離制備,移植骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞有助于調(diào)節(jié)大鼠免疫,降低炎癥因子水平,能為腦梗死治療提供思路。
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