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        齊墩果酸通過SIRT1減輕蛛網(wǎng)膜下腔出血后早期腦損傷的作用研究

        2021-08-27 01:51:22韓雨薇王晨辰李曉明

        韓雨薇 王晨辰 李曉明

        北部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院神經(jīng)外科,沈陽110016

        0 引言

        蛛網(wǎng)膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)是一種危及生命的腦血管疾病,患者預(yù)后極差。早期腦損傷被認(rèn)為是SAH預(yù)后不良的主要原因,諸多研究結(jié)果表明炎癥在該過程中起著至關(guān)重要的作用[1]。

        高遷移率族蛋白1(high-mobility group box 1,HMGB1)是一種經(jīng)典的損傷相關(guān)分子,在彎曲DNA、穩(wěn)定核小體形成和調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄方面起著關(guān)鍵作用[2]。在病理狀態(tài)下,HMGB1可由壞死細(xì)胞被動(dòng)釋放,也可由免疫細(xì)胞或非免疫實(shí)質(zhì)細(xì)胞主動(dòng)分泌。文獻(xiàn)報(bào)道HMGB1水平顯著上調(diào),并與SAH不良預(yù)后和病死率相關(guān)[3],且SAH后引發(fā)炎癥進(jìn)而導(dǎo)致早期腦損傷的發(fā)生發(fā)展。

        沉默調(diào)節(jié)蛋白1(sirtuin 1,SIRT1)是一種煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)依賴的脫乙?;?,也是SIRT家族中研究最多的脫乙?;钢弧T谀摱景Y條件下,SIRT1可通過抑制HMGB1乙?;M(jìn)而抑制HMGB1的細(xì)胞外釋放。已有研究結(jié)果證實(shí)可通過HMGB1中賴氨酸的脫乙?;瘉碚{(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)[4-5],HMGB1可能是SIRT1的一個(gè)新的去乙?;悬c(diǎn)。

        筆者所在課題組前期研究結(jié)果表明五環(huán)三萜類化合物齊墩果酸(oleanolic acid,OA)對SAH后的早期腦損傷具有保護(hù)作用,但作用機(jī)制尚未完全清楚。因此本研究建立了大鼠SAH模型,進(jìn)一步探討OA對SAH后早期腦損傷的保護(hù)機(jī)制。

        1 材料與方法

        1.1 主要材料與儀器

        OA(純度98%,天津士蘭科技有限公司),兔抗小鼠HMGB1單抗、兔抗小鼠乙?;疕MGB1單抗(美國Cell Signaling Technology公司),山羊抗兔SIRT1單抗(美國Abcam公司),兔抗小鼠β-肌動(dòng)蛋白單抗(美國Santa Cruz公司),二喹啉甲酸蛋白定量試劑盒、蛋白酶磷酸酶抑制劑、RIPA裂解液、十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠配制試劑盒、5×上樣緩沖液、TUNEL細(xì)胞凋亡檢測試劑盒(上海碧云天生物技術(shù)有限公司),Trizol試劑、HMGB1引物(美國Invitgen公司),Promega反轉(zhuǎn)錄試劑盒(美國Promega公司),二甲亞砜、Sirtinol(SIRT1抑制劑)(美國Sigma公司)。健康清潔級(jí)雄性Sprague-Dawley大鼠176只,體質(zhì)量范圍200~250 g,購自北部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心,許可證號(hào)SCX K(遼)2020-0001。飼養(yǎng)條件為溫度18~23℃,相對濕度60%~70%,光照節(jié)律為12 h光照/12 h黑暗,自由進(jìn)食飲水。本研究嚴(yán)格遵守美國國立衛(wèi)生研究院1996年編訂的National Institutes of Health Guide for the Care and Use of Laboratory Animals。

        Sunrise酶標(biāo)儀(奧地利Tecan公司),TY-80R脫色搖床(金壇市醫(yī)療儀器廠),Mini Protean 3 Cell全濕法電轉(zhuǎn)膜儀、ChemiDoc MP化學(xué)發(fā)光凝膠成像系統(tǒng)、CFX96Touch熒光定量PCR儀(美國Bio-Rad公司),Axiovert 40熒光顯微鏡(德國Zeiss公司),Z-323K冷凍離心機(jī)(美國Sigma公司)。

        1.2 方法

        1.2.1 SAH大鼠模型的建立

        大鼠經(jīng)腹腔注射戊巴比妥鈉(40 mg/kg)麻醉后,暴露左側(cè)頸動(dòng)脈及其分支。將鈍化的4-0單絲尼龍縫線從頸外動(dòng)脈刺入頸內(nèi)動(dòng)脈并停止,直至出現(xiàn)阻力。然后穿刺大腦前動(dòng)脈和大腦中動(dòng)脈分叉處造成SAH??p合后將大鼠置于37℃加熱墊上。

        1.2.2 動(dòng)物分組及給藥

        采用完全隨機(jī)法將大鼠分為假手術(shù)組(Sham組)(n=48)、SAH組(n=48)、OA組(n=48)和Sirtinol組(n=32)。SAH組、OA組和Sirtinol組大鼠均按1.2.1節(jié)方法建立SAH模型,Sham組大鼠不實(shí)施穿刺。采用二甲亞砜溶解OA,注射前以氯化鈉注射液進(jìn)行稀釋(二甲基亞砜終體積分?jǐn)?shù)為10%)[6]。造模后1 h,OA組大鼠腹腔注射OA(20 mg/kg),Sirtinol組大鼠側(cè)腦室注射Sirtinol(2 mmol/L,30μL/kg)[5],Sham組和SAH組大鼠均注射等體積的氯化鈉注射液。

        1.2.3 SAH評分和Garcia評分

        SAH后24 h采用SAH分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)評估SAH的嚴(yán)重程度[7]?;壮胤譃?部分,每部分根據(jù)出血量從0~3進(jìn)行評分,標(biāo)準(zhǔn)如下:3分,血塊覆蓋所有動(dòng)脈;2分,中等血流量,可見動(dòng)脈;1分,極少量SAH;0分,無SAH。同時(shí),根據(jù)改良的Garcia評分標(biāo)準(zhǔn)評估SAH后24 h大鼠的神經(jīng)功能,包括對自主運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)、身體活動(dòng)和軀體感覺的評估。分別對觸覺反應(yīng)、肢體對稱性、身體本體感覺、攀登、自發(fā)活動(dòng)和前肢伸展這6項(xiàng)測試進(jìn)行評分,并計(jì)算總分,總分范圍為3~18分。由一名獨(dú)立的觀察員進(jìn)行上述所有評分。

        1.2.4 腦組織含水量檢測

        SAH后24 h,每組隨機(jī)選取8只大鼠實(shí)施安樂死,取左右半球腦組織,立即稱質(zhì)量(濕重),然后放入105℃烤箱中烘干72 h,再稱量腦組織質(zhì)量(干重)。按照下式計(jì)算腦組織含水量[8]

        腦組織含水量(%)=(濕重-干重)/濕重×100%

        1.2.5 伊文思藍(lán)染色

        SAH后24 h,每組隨機(jī)選取8只大鼠實(shí)施麻醉,左股靜脈注射伊文思藍(lán)染料(20 g/L,5 mL/kg);循環(huán)1 h后用0.01 mol/L磷酸鹽緩沖液灌流;取大鼠左右半球腦組織,稱質(zhì)量后置于甲酰胺溶液中,60℃恒溫孵育24 h;收集浸出液,采用酶標(biāo)儀測定浸出液于620 nm處的吸光度值[9]。

        1.2.6 蛋白質(zhì)印跡法

        SAH后24 h,每組隨機(jī)選取8只大鼠,取大鼠腦組織于冰上加入RIPA裂解液提取蛋白,4℃、12000×g離心10 min,取上清,采用二喹啉甲酸蛋白定量試劑盒檢測蛋白濃度;每組取60μg蛋白,進(jìn)行10%十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳;轉(zhuǎn)膜后加入質(zhì)量濃度為50 g/L的牛血清白蛋白,室溫封閉1 h;分別加入山羊抗兔SIRT1單抗、兔抗小鼠HMGB1單抗、兔抗小鼠乙?;疕MGB1單抗和兔抗小鼠β-肌動(dòng)蛋白單抗,4℃孵育過夜;加入對應(yīng)的二抗,室溫孵育1 h;經(jīng)化學(xué)發(fā)光、顯影、定影后對X射線膠片進(jìn)行掃描,并用Image J軟件進(jìn)行定量分析。

        1.2.7 實(shí)時(shí)熒光定量PCR

        SAH后24 h,每組隨機(jī)選取8只大鼠取腦組織。按照Trizol試劑說明書提取大鼠腦組織總RNA。用Promega反轉(zhuǎn)錄試劑盒將RNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA,再以SYBR Green法進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量PCR。HMGB1正向引物為5′-TCCTTCGGCCTTCTTCTTGT-3′,反向引物為5′-CGGCCTTCTTTTCATAGGGC-3′。實(shí)時(shí)熒光定量PCR條件為:95℃預(yù)變性5 min,95℃變性30 s,60℃退火30 s,72℃延伸30 s,共40個(gè)循環(huán)。

        1.2.8 免疫熒光染色

        SAH后24 h,每組隨機(jī)選取8只大鼠,先以氯化鈉注射液灌注,再以質(zhì)量濃度為40 g/L的多聚甲醛溶液灌注固定腦組織。取腦組織浸泡于40 g/L的多聚甲醛溶液中過夜,依次進(jìn)行脫水、透明、浸蠟、包埋、切片(厚度為4 mm)。在切片上滴加兔抗小鼠HMGB1單抗,4℃孵育過夜,磷酸鹽緩沖液洗滌3次;滴加異硫氰酸熒光素標(biāo)記的山羊抗小鼠Ig G(H+L)抗體,室溫孵育1 h,磷酸鹽緩沖液洗滌3次;滴加4′,6-二脒基-2-苯基吲哚復(fù)染細(xì)胞核,置于熒光顯微鏡下進(jìn)行觀察。

        1.2.9 TUNEL染色

        SAH后24 h,每組取8只大鼠,按1.2.8節(jié)方法制作腦組織切片。采用TUNEL細(xì)胞凋亡檢測試劑盒檢測腦組織切片中的凋亡細(xì)胞,具體方法參照試劑盒說明書,染色后置于熒光顯微鏡下進(jìn)行觀察。

        1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

        采用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件處理數(shù)據(jù),符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以均值±標(biāo)準(zhǔn)差(Mean±SD)表示,對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析,然后通過Tukey檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較,以P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

        2 結(jié)果

        2.1 OA對神經(jīng)功能障礙和血腦屏障的影響

        如圖1A所示,SAH組SAH評分明顯高于Sham組(P<0.001),OA給藥后SAH評分明顯降低(P<0.001),出血情況減輕;與OA組相比,Sirtinol組SAH評分升高(P<0.01),出血情況加重。另外,OA能明顯提高Garcia評分(P<0.01),改善神經(jīng)功能;而Sirtinol組較OA組Garcia評分明顯降低(P<0.001),神經(jīng)功能障礙加重(圖1B)。筆者進(jìn)一步檢測了大鼠腦組織含水量和伊文思藍(lán)滲出率,結(jié)果顯示與SAH組相比,OA給藥能明顯降低腦組織含水量和伊文思藍(lán)滲出率(均P<0.01);與OA組相比,Sirtinol能增加腦組織含水量和伊文思藍(lán)滲出率(均P<0.01)(圖1C、1D),提示OA具有改善SAH后腦血管屏障的作用,而抑制SIRT1則可加重血管屏障損傷。

        圖1 SAH后24 h OA對大鼠SAH評分、Garcia評分、腦組織含水量和依文思藍(lán)滲出的影響

        2.2 OA對HMGB1表達(dá)與分布的影響

        HMGB1的核質(zhì)轉(zhuǎn)移和釋放介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的發(fā)生發(fā)展,因此筆者進(jìn)一步檢測了大鼠腦組織中HMGB1的表達(dá)與分布。蛋白質(zhì)印跡和實(shí)時(shí)熒光定量PCR結(jié)果顯示,SAH后HMGB1蛋白和mRNA水平均明顯升高(P<0.001,P<0.01),而OA能明顯抑制HMGB1蛋白和mRNA水平(P<0.01,P<0.05)(圖2)。免疫熒光染色結(jié)果發(fā)現(xiàn)Sham組中HMGB1蛋白主要表達(dá)于細(xì)胞核中;與Sham組相比,SAH術(shù)后HMGB1蛋白由細(xì)胞核轉(zhuǎn)移至細(xì)胞質(zhì),而OA給藥后可抑制HMGB1蛋白的核質(zhì)轉(zhuǎn)移(圖3)。上述結(jié)果提示,OA能降低HMGB1的表達(dá)并抑制其核質(zhì)轉(zhuǎn)移,從而減少HMGB1向細(xì)胞外釋放。

        圖2 SAH后24 h OA對大鼠腦組織中HMGB1蛋白和mRNA水平的影響

        圖3 熒光顯微鏡觀察SAH后24 h OA對大鼠腦組織中HMGB1蛋白分布的影響(免疫熒光染色,×400)

        2.3 OA對SIRT1介導(dǎo)的HMGB1去乙?;挠绊?/h3>

        乙?;瘜MGB1核質(zhì)轉(zhuǎn)移和細(xì)胞外分泌具有至關(guān)重要的作用。SIRT1可通過保持HMGB1處于去乙酰化(非活性)狀態(tài)來抑制HMGB1的轉(zhuǎn)移和細(xì)胞外分泌,從而抑制炎癥反應(yīng)。因此,筆者接著檢測了大鼠腦組織中SIRT1和乙?;疕MGB1蛋白的表達(dá)。蛋白質(zhì)印跡結(jié)果顯示,與SAH組相比,OA組SIRT1蛋白表達(dá)明顯升高(P<0.001),乙?;疕MGB1蛋白表達(dá)降低(P<0.01);而與OA組相比,Sirtinol組SIRT1蛋白表達(dá)降低(P<0.01),乙酰化HMGB1蛋白表達(dá)升高(P<0.001)(圖4)。該結(jié)果提示,OA能通過上調(diào)SIRT1抑制乙?;疕MGB1蛋白的表達(dá)從而減輕炎癥反應(yīng)。

        圖4 蛋白質(zhì)印跡法檢測SAH后24 h OA對大鼠腦組織中SIRT1和乙?;疕MGB1蛋白表達(dá)的影響

        2.4 OA對神經(jīng)元調(diào)亡的影響

        TUNEL和NeuN雙染結(jié)果如圖5所示,Sham組僅見少量TUNEL陽性細(xì)胞;SAH組TUNEL陽性細(xì)胞數(shù)量明顯高于Sham組,而OA給藥后能有效減少TUNEL陽性細(xì)胞數(shù)量;與OA組相比,SIRT1抑制劑Sirtinol可明顯增加TUNEL陽性細(xì)胞數(shù)量。上述結(jié)果提示,OA具有抑制神經(jīng)元調(diào)亡的作用。

        圖5 熒光顯微鏡觀察SAH后24 h OA對大鼠腦組織中神經(jīng)元凋亡的影響(TUNEL和NeuN雙染,×400)

        3 討論與結(jié)論

        雖然SAH的發(fā)病率僅占卒中的5%,但其病死率高(40%)、發(fā)病年齡較早(45~55歲),給患者家庭和社會(huì)帶來了巨大負(fù)擔(dān)[10]。HMGB1被認(rèn)為是炎癥反應(yīng)的重要成分[2,11]。HMGB1的移位和分泌是其誘導(dǎo)炎癥的重要步驟[12]。HMGB1可被轉(zhuǎn)錄后修飾,主要通過兩個(gè)核定位位點(diǎn)的賴氨酸乙?;瘉碛绊懫湓诩?xì)胞中的定位[13]。免疫細(xì)胞被刺激后,高乙?;閷?dǎo)的HMGB1核質(zhì)轉(zhuǎn)移和HMGB1的主動(dòng)釋放發(fā)生[14]。主動(dòng)釋放的HMGB1能反過來刺激宿主細(xì)胞本身和鄰近細(xì)胞,發(fā)揮自分泌和旁分泌作用,從而導(dǎo)致炎癥的放大和炎癥損傷的發(fā)生[15]。釋放細(xì)胞外的HMGB1通過MyD88途徑和非MyD88依賴途徑激活多種細(xì)胞表面受體,包括晚期糖基化終產(chǎn)物、Toll樣受體和趨化因子受體4[16]。隨后這些通路直接通過核因子κB途徑或間接通過磷脂酰肌醇-3-激酶或絲裂原活化蛋白激酶途徑觸發(fā)信號(hào)級(jí)聯(lián)。HMGB1轉(zhuǎn)位和釋放被認(rèn)為在SAH中起著關(guān)鍵作用[3,17]。

        在本研究中,筆者發(fā)現(xiàn)在SAH后給予OA治療明顯降低了HMGB1在細(xì)胞質(zhì)中的表達(dá)并限制其于細(xì)胞核中,表明OA抑制了HMGB1的細(xì)胞核-細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移。此外,筆者還發(fā)現(xiàn),SAH后HMGB1從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)主要發(fā)生于神經(jīng)元細(xì)胞中。而Murakami等[18]報(bào)道,SAH兔模型腦組織中超過90%的小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)HMGB1。顯然,這與本研究的研究結(jié)果不同,這種差異可能是由于筆者選取的研究時(shí)間點(diǎn)為SAH后的24 h,而Murakami等[18]的分析時(shí)間點(diǎn)分別為SAH后的第2天和第5天。這表明HMGB1在SAH后的早期腦損傷和遲發(fā)性腦損傷中起著不同作用:在早期腦損傷中,HMGB1主要表達(dá)于神經(jīng)元細(xì)胞,并與細(xì)胞凋亡有關(guān);在遲發(fā)性腦損傷中,HMGB1主要表達(dá)于小膠質(zhì)細(xì)胞,與免疫激活有關(guān)。這是一個(gè)有趣且有價(jià)值的問題,值得進(jìn)一步研究。

        SIRT是一個(gè)高度保守的脫乙酰酶家族,需要NAD+作為脫乙?;磻?yīng)的輔助因子[19]。文獻(xiàn)報(bào)道,SIRT1能調(diào)控乙?;疕MGB1的表達(dá)[20],且SIRT1活化對SAH后的腦損傷具有保護(hù)作用[5]。與其他促炎細(xì)胞因子不同,HMGB1為一種晚期反應(yīng)性炎癥介質(zhì),在SAH后約20 h達(dá)到分泌高峰[21]。因此,本研究觀察了SAH后24 h OA對大鼠SIRT1的表達(dá)及HMGB1乙?;鸵孜坏挠绊憽Q芯拷Y(jié)果顯示,OA明顯增加了SIRT1蛋白的表達(dá),表明OA在SAH大鼠模型中作為SIRT1的激活劑減少了HMGB1從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)的釋放,從而減輕了SAH后的早期腦損傷。

        本研究結(jié)果表明,OA對SAH后的早期腦損傷具有顯著的保護(hù)作用。OA可通過抑制HMGB1從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)移,從而抑制HMGB1向細(xì)胞外分泌。這種保護(hù)作用主要是由于OA激活了SIRT1進(jìn)而增加了HMGB1的乙?;L烊换衔颫A有望作為SIRT1激活劑用于SAH后早期腦損傷的治療。

        利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突

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