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        苦參素對(duì)慢性腦缺血大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元凋亡保護(hù)作用的研究*

        2018-11-16 07:51:02韓亞非
        天津中醫(yī)藥 2018年11期
        關(guān)鍵詞:苦參素海馬灰度

        余 婷,韓亞非

        (1.邯鄲市中醫(yī)院內(nèi)科,邯鄲 056001;2.邯鄲市中心醫(yī)院神經(jīng)外四科,邯鄲 056001)

        細(xì)胞凋亡是缺血性腦病神經(jīng)元遲發(fā)性死亡的主要形式,是缺血性腦損傷的主要病理機(jī)制之一[1-2],而海馬區(qū)神經(jīng)元是對(duì)腦組織缺血缺氧最為敏感的部位??鄥⑺厥侵兴幙鄥⒌闹饕行С煞种?,既往研究發(fā)現(xiàn)苦參素能夠通過抑制細(xì)胞凋亡而對(duì)心肌缺血、肝臟缺血起到一定的保護(hù)作用[3-4],本實(shí)驗(yàn)制備慢性腦缺血大鼠模型并給予苦參素,探討苦參素通過抑制大腦海馬CA1區(qū)神經(jīng)元凋亡而對(duì)慢性腦缺血損傷起到一定的保護(hù)作用及其可能的作用機(jī)制。

        1 材料與方法

        1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 清潔級(jí)SD大鼠(雌雄不限)購(gòu)自河北醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心[SCXK(冀)2013-1-003],適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

        1.2 藥物與試劑 苦參素購(gòu)自南京澤朗醫(yī)藥科技有限公司(批號(hào):20170114);末端標(biāo)記(TUNEL)試劑盒購(gòu)自北京博奧森生物技術(shù)有限公司(批號(hào):170324);半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)多克隆抗體、核因子-κB(NF-κB)多克隆抗體、B 淋巴細(xì)胞瘤-2(Bcl-2)多克隆抗體、Bcl-2 相關(guān) X 蛋白(Bax)多克隆抗體和ABC-DAB試劑盒購(gòu)自上海碧云天生物技術(shù)有限公司(批號(hào):201701009、201703012、201703029、201702001、201704006);超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、丙二醛(MDA)試劑盒購(gòu)自南京建成生物工程研究所(批號(hào):20170309、20170413、20170114);白介素-1β(IL-1β)、白介素-6(IL-6)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)試劑盒購(gòu)自北京博奧森生物技術(shù)有限公司(批號(hào):170129、170312、170116)。

        1.3 實(shí)驗(yàn)方法

        1.3.1 動(dòng)物分組與模型制備 取100只實(shí)驗(yàn)用大鼠按照隨機(jī)數(shù)字表法隨機(jī)分為假手術(shù)組、模型組和苦參素低[25 mg/(kg·d)]、中[50 mg/(kg·d)]、高[100 mg/(kg·d)]劑量組,每組20只。采用結(jié)扎雙側(cè)頸總動(dòng)脈制備慢性腦缺血大鼠模型,假手術(shù)組行手術(shù)操作但不結(jié)扎雙側(cè)頸總動(dòng)脈。術(shù)后第2天開始腹腔注射給藥治療(每日1次),療程7 d[5]。

        1.3.2 觀察大腦海馬CA1區(qū)神經(jīng)元形態(tài)結(jié)構(gòu)及凋亡狀況 每組隨機(jī)取10只大鼠,實(shí)施深度麻醉后斷頭取腦,去除嗅球、小腦和低位腦干,多聚甲醛溶液(濃度4%)固定3 d、石蠟包埋、切片、脫蠟水化,然后行常規(guī)蘇木精-伊紅(HE)染色后通過倒置光學(xué)顯微鏡觀察大腦海馬CA1區(qū)神經(jīng)元形態(tài)(海馬CA1區(qū)范圍見圖1);行TUNEL染色后觀察海馬CA1區(qū)神經(jīng)元凋亡狀況并計(jì)算凋亡指數(shù)(AI),AI(%)=(視野凋亡細(xì)胞數(shù)/視野細(xì)胞總數(shù))×100%,每只取5張切片,每張切片取5個(gè)互不重疊的視野,取平均值。

        圖1 大鼠大腦海馬組織結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Brain hippocampustissue structure of rats

        1.3.3 檢測(cè)海馬區(qū) Bcl-2、Bax蛋白表達(dá) 取 1.3.2制備的大鼠腦組織石蠟切片,脫蠟水化處理后,通過ABC-DAB法進(jìn)行染色:乙醇梯度脫蠟水化、磷酸鹽緩沖液(PBS)洗滌、3%過氧化氫-甲醇溶液孵育25 min、PBS 洗滌、山羊血清封閉 1.5 h、滴加一抗4℃過夜、PBS洗滌、滴加二抗室溫孵育1.5 h、PBS洗滌、滴加辣根過氧化物酶標(biāo)記的鏈霉卵白素室溫孵育1 h、PBS洗滌、DAB顯色5 min、充分水洗、梯度脫水、封片,然后通過倒置光學(xué)顯微鏡觀察并照相保存。每只大鼠取5張切片、每張圖片同一部位選取互不重疊的5個(gè)視野,采用Image Pro plus圖像分析系統(tǒng)測(cè)定圖片灰度并半定量分析海馬區(qū)Bcl-2、Bax蛋白表達(dá)。

        1.3.4 檢測(cè)海馬組織 Caspase-3、NF-κB蛋白表達(dá) 取每組剩余的10只大鼠,實(shí)施麻醉后斷頭取腦并剝?nèi)『qR組織,研磨勻漿、經(jīng)12 000 r/min低溫(4℃)離心20 min處理后取沉淀,行BCA蛋白定量、高溫蛋白變性,電泳;待溴酚藍(lán)接近膠底部時(shí)停止、轉(zhuǎn)膜、春紅溶液染色,室溫下5%脫脂奶粉封閉 2 h,一抗 Caspase-3、NF-κB、β-actin(1∶500)4 ℃過夜;洗膜,二抗(1∶100)37℃恒溫孵育 1 h后經(jīng)ECL顯色。根據(jù)條帶灰度值半定量分析Caspase-3、NF-κB 蛋白表達(dá)。

        1.3.5 檢測(cè)抗氧化酶活性和MDA含量 遵照試劑盒步驟處理后通過紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)定抗氧化酶(SOD、CAT)活性和MDA含量。

        1.3.6 檢測(cè)海馬組織炎癥細(xì)胞因子含量 遵照試劑盒操作處理后通過酶標(biāo)儀測(cè)定海馬組織炎癥細(xì)胞因子(IL-1β、TNF-α、IL-6)含量。

        1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 運(yùn)用軟件SPSS19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示,多組間均數(shù)比較采用單因素方差分析,組間兩兩比較若方差齊采用LSD-t檢驗(yàn),若方差不齊采用Dunnett’s T3法,P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

        2 結(jié)果

        2.1 各組大鼠大腦海馬CA1區(qū)神經(jīng)元形態(tài)結(jié)構(gòu) 假手術(shù)組大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元層次清晰,排列整齊,形態(tài)完整,核膜、核仁清晰,形態(tài)結(jié)構(gòu)未見異常;模型組大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元呈現(xiàn)層次紊亂,排列稀疏、間隙增大、數(shù)量減少,胞體腫脹變形,胞核固縮或溶解等形態(tài)結(jié)構(gòu)病理性改變;與模型組比較,苦參素各劑量組海馬CA1區(qū)神經(jīng)元病理性形態(tài)結(jié)構(gòu)改變呈不同程度改善,該效果以苦參素高劑量組最為顯著。結(jié)果見圖2。

        2.2 各組大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元凋亡狀況 假手術(shù)組大鼠大腦海馬CA1區(qū)僅見少量凋亡細(xì)胞;與假手術(shù)組比較,模型組大鼠海馬CA1區(qū)凋亡細(xì)胞數(shù)量顯著增多;與模型組比較,苦參素各劑量組大鼠海馬CA1區(qū)凋亡細(xì)胞數(shù)量呈不同程度減少,以苦參素高劑量組最為顯著,見圖3。與假手術(shù)組比較,模型組大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元AI顯著升高(P<0.01),而與模型組比較,苦參素中、高劑量組AI顯著降低(P<0.01)。

        2.3 各組大鼠海馬組織Bcl-2、Bax表達(dá) 與假手術(shù)組比較,模型組大鼠海馬組織Bcl-2表達(dá)明顯下調(diào)、灰度顯著降低(P<0.01),Bax表達(dá)顯著上調(diào)、灰度顯著升高(P<0.01);與模型組比較,苦參素各劑量組海馬組織Bcl-2表達(dá)上調(diào)、Bax表達(dá)下調(diào),苦參素對(duì)Bcl-2、Bax表達(dá)的影響呈一定劑量依賴性,調(diào)控效果以苦參素高劑量組最為顯著;與模型組比較,苦參素中、高劑量組Bcl-2表達(dá)灰度值顯著升高(P<0.05 或 P<0.01)、Bax表達(dá)灰度值顯著降低(P<0.01),Bcl-2/Bax比值顯著升高(P<0.01)。見表1。

        圖2 各組大鼠大腦海馬CA1區(qū)神經(jīng)元形態(tài)結(jié)構(gòu)(HE,×400)Fig.2 Morphology and structureof hippocampal CA1 neurons of rat brain in each group(HE,×400)

        圖3 各組大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元凋亡狀況(TUNEL,×400)Fig.3 Apoptosisof neuronsin hippocampal CA1 area of rats in each group(TUNEL,×400)

        表1 各組大鼠海馬Bcl-2、Bax表達(dá)灰度值及 Bcl-2/Bax 比值(x±s)Tab.1 Gray value of Bcl-2 and Bax and the ratio of Bcl-2/Bax in hippocampusof ratsin each group(x±s)

        2.4 各組大鼠海馬組織Caspase-3、NF-κB蛋白表達(dá) 與假手術(shù)組比較,模型組大鼠海馬組織Caspase-3、NF-κB 蛋白表達(dá)顯著下調(diào)(P<0.01);與模型組比較,苦參素中、高劑量組大鼠海馬組織Caspase-3、NF-κB蛋白表達(dá)均顯著下調(diào)(P<0.05 或 P<0.01)。見表 2。

        2.5 各組大鼠海馬組織抗氧化酶活性和MDA含量 與假手術(shù)組比較,模型組大鼠海馬組織抗氧化酶(SOD、CAT)活性顯著降低且MDA含量顯著升高(P<0.01);與模型組比較,苦參素中、高劑量組大鼠海馬組織SOD、CAT活性顯著提高且MDA含量顯著降低(P<0.05 或 P<0.01)。見表 3。

        表2 各組大鼠海馬組織Caspase-3、NF-κB蛋白表達(dá)(x±s)Tab.2 Protein expression of Caspase-3 and NF-κB in hippocampus of rats in each group(x±s)

        表3 各組大鼠腦組織抗氧化酶活性和MDA含量(x±s)Tab.3 Antioxidaseactivity and MDA contentsin ratsbrain of each group(x±s)

        2.6 炎癥細(xì)胞因子含量 與假手術(shù)組比較,模型組大鼠海馬組織炎癥細(xì)胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)含量顯著升高(P<0.01);與模型組比較,苦參素中、高劑量組大鼠 TNF-α、IL-1β、IL-6 含量均顯著降低(P<0.05 或 P<0.01),結(jié)果見表 4。

        表4 各組大鼠海馬組織炎癥細(xì)胞因子含量(x±s)Tab.4 Contentsof inflammatory cytokinein hippocampusof ratsin each group(x±s)nmol/L

        3 討論

        海馬組織不僅與多種神經(jīng)性和精神性疾病相關(guān),而且與空間學(xué)習(xí)記憶密切相關(guān),海馬對(duì)缺血缺氧十分敏感,尤其CA1區(qū)椎體系細(xì)胞極易受缺血缺氧損傷[6],而細(xì)胞繼發(fā)性凋亡是神經(jīng)元遲發(fā)性死亡的主要形式,因此抑制海馬CA1區(qū)細(xì)胞凋亡可能是降低慢性缺血性腦病損傷的有效途徑。

        Caspase-3蛋白在細(xì)胞凋亡過程中具有非常關(guān)鍵的調(diào)控作用,參與細(xì)胞凋亡的啟動(dòng)及整個(gè)過程的調(diào)節(jié)[7]。Bcl-2基因家族是一系列原癌基因蛋白,在細(xì)胞凋亡過程中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用,其中Bcl-2和Bax具有較高的同源性,但功能相反[8]。Bcl-2能夠通過抑制線粒體細(xì)胞色素C釋放,抑制半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶激活,表現(xiàn)出抑制細(xì)胞凋亡的作用;Bax能夠促進(jìn)細(xì)胞色素C釋放,激活Caspase-9,并且能夠與Bcl-2形成二聚體而抑制Bcl-2活性,因此Bax具有促凋亡的作用,而Bax/bcl-2比值更加能夠體現(xiàn)Bcl-2基因家族對(duì)細(xì)胞凋亡的調(diào)控作用[9-10]。此外,體內(nèi)氧自由基(ROS)過剩是細(xì)胞凋亡的重要誘發(fā)因素,而NF-κB蛋白則是連接氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡的“橋梁”[11]。正常生理狀態(tài)下NF-κB以無活性狀態(tài)存在于細(xì)胞質(zhì)中,而當(dāng)細(xì)胞受ROS攻擊時(shí)將激活NF-κB蛋白,活化NF-κB進(jìn)入細(xì)胞核并與凋亡相關(guān)基因c-myc等NF-κB調(diào)控元件結(jié)合,促進(jìn)凋亡相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[12];此外,活化的NF-κB蛋白還能夠促進(jìn)巨噬細(xì)胞活化和浸潤(rùn)、誘導(dǎo)促凋亡信號(hào)釋放而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[11]。正常生理狀態(tài)下體內(nèi)ROS在抗氧化酶SOD、CAT相繼催化作用下被還原生成H2O和O2[13-14];細(xì)胞膜主要成分不飽和脂肪酸極易被ROS攻擊生成MDA,因此MDA含量水平能夠間接反映機(jī)體內(nèi)ROS水平[15]。炎癥細(xì)胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)是臨床上監(jiān)測(cè)炎癥反應(yīng)的常用指標(biāo),炎癥反應(yīng)與細(xì)胞凋亡密切相關(guān)[16],并且NF-κB蛋白在炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡間起到橋梁作用[17]。

        苦參(Sophora flavescens Ait.)為豆科苦參屬多年生落葉亞灌木植物苦參的根,為傳統(tǒng)中藥品種之一,《本草綱目》、《神農(nóng)本草經(jīng)》等均有記載,其味苦、性寒,具有清熱燥濕、利水退黃、祛風(fēng)殺蟲之功效;苦參素是苦參的主要有效成分之一,具有抗炎、改善微循環(huán)等藥理學(xué)作用[18-19]。本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)50~100 mg/kg苦參素治療能夠抑制海馬CA1區(qū)神經(jīng)元病變并抑制該區(qū)域神經(jīng)元凋亡、降低凋亡指數(shù),上調(diào)海馬組織Bcl-2表達(dá)、下調(diào)Bax表達(dá)并提高Bcl-2/Bax比值,下調(diào)海馬組織 Caspase-3、NF-κB蛋白表達(dá),提高SOD、CAT活性并降低MDA含量,降低炎癥細(xì)胞因子 IL-1β、IL-6、TNF-α 含量;提示苦參素具有抑制慢性腦缺血大鼠海馬CA1區(qū)細(xì)胞凋亡的藥理學(xué)作用,其機(jī)制可能與苦參素調(diào)節(jié)凋亡相關(guān)蛋白表達(dá)以及提高ROS清除能力有關(guān)。

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