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        大鼠永久性腦缺血后腦內(nèi)Nestin 的表達變化

        2022-09-21 10:15:42梁曉艷李斌斌趙紫琦
        中國現(xiàn)代醫(yī)生 2022年23期

        梁曉艷 趙 夢 陳 超 周 洋 李斌斌 趙紫琦 顧 玉

        1.承德護理職業(yè)學(xué)院基礎(chǔ)部,河北承德 067000;2.河北省承德市中心醫(yī)院檢驗科,河北承德 067000

        缺血性腦血管疾病(ischemic cerebrovascular disease,ICVD)具有高復(fù)發(fā)率、高致殘率和高死亡率等特點,挽救腦缺血后瀕死神經(jīng)元,改善缺血所致的神經(jīng)功能障礙為醫(yī)學(xué)界的一大難題。近年來,隨著對成年神經(jīng)系統(tǒng)再生能力和干細胞的研究逐步深入,運用神經(jīng)干細胞(neural stem cell,NSC)治療ICVD 成為臨床研究熱點。研究證實,成年哺乳動物(包括成人)腦內(nèi)的NSC 絕大多數(shù)處于相對靜止的狀態(tài),當(dāng)腦缺血或其他腦損傷時,可誘導(dǎo)其增生、定向遷移并分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞。然而,腦缺血后NSC何時開始增生、增生高峰期、持續(xù)時間及分化結(jié)局等仍有待進一步研究。巢蛋白(neuro epithelial stem cell prote,Nestin)是NSC 最常用的標志物,可在一定程度上反映NSC 的變化,其短暫表達于胚胎發(fā)育早期的NSC,腦缺血損傷后成年腦組織又能重新大量表達。為了能更有效地運用內(nèi)源性NSC 來促進腦缺血后神經(jīng)功能的修復(fù),研究腦缺血后NSC 的具體反應(yīng)至關(guān)重要。因此,本研究通過采用免疫組織化學(xué)技術(shù),觀察腦缺血大鼠腦內(nèi)Nestin 的表達變化,旨在探討腦缺血后NSC 的增生、遷移和分化規(guī)律,為臨床上運用內(nèi)源性NSC 來治療ICVD 患者提供一定實驗依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        1.1.1 實驗動物與分組 成年健康SD 雄性大鼠77 只(成都達碩生物科技有限公司),實驗動物合格證號:SCXK(川)2008-24,體質(zhì)量(260±20)g,其中2只大鼠用于腦缺血后2,3,5-氯化三苯基四氮唑染色(2,3,5-triphenyl tetrazolium chloride,TTC),余75 只采用隨機數(shù)字法隨機分為正常對照組(Control)、假手術(shù)組(Sham)和缺血組(大腦中動脈閉塞middle cerebral artery occlusion,MCAO);假手術(shù)組和缺血組又分為術(shù)后1d、2d、3d、1 周、2 周、3 周和4 周共7個亞組,每組5 只。本研究通過昆明醫(yī)科大學(xué)動物倫理委員會審(審批號:D·WLL20220007001),實驗過程中對動物的處置符合動物倫理學(xué)標準。

        1.1.2 主要試劑和儀器 TTC 染色、兔抗GFAP 抗體、Cy3 標記的羊抗鼠IgG、FITC 標記的羊抗兔IgG(美國Sigma Chemical 公司);鼠抗Nestin 抗體(美國Santa cruz 公司);S-P 即用型超敏試劑盒、DAB 顯色試劑盒(福州邁新生物技術(shù)開發(fā)公司);激光共聚焦顯微鏡(日本奧林巴斯公司)。

        1.2 方法

        1.2.1 大鼠永久性腦缺血模型復(fù)制 參照肖宗宇等的MCAO 模型復(fù)制方法,利用顯微外科技術(shù)在右側(cè)顳骨前下緊鄰顴弓前份上緣的部位開窗入顱,電凝阻斷嗅束至大腦下靜脈間的一段大腦中動脈(middle cerebral artery,MCA),從而相應(yīng)部位產(chǎn)生永久性腦缺血。假手術(shù)組僅暴露MCA 但不凝閉,余步驟相同。

        1.2.2 MCAO模型大鼠腦組織TTC染色 將2 只用于腦TTC 染色的大鼠于MCAO 術(shù)后1d 斷頭取腦,將其中1 只大鼠腦組織經(jīng)-20℃冰箱凍存20min,去除嗅球、小腦和低位腦干后沿冠狀面切成5 片,同另1只完整的大鼠腦組織一起浸入1%TTC 溶液,于37℃的水浴箱中避光染色30min,期間每10min 翻動一次腦片,使其染色均勻,取出腦組織浸入2%多聚甲醛充分固定后照相分析。

        1.2.3 免疫組化樣品制備及染色 各組大鼠按相應(yīng)時間點灌注固定、斷頭取腦,常規(guī)制作石蠟切片,厚度10μm。①抗Nestin 抗體的免疫組化(stre-ptavidinperoxidaseconjugtate method,SP)法單標染色下試劑說明書操作,一抗為小鼠抗大鼠 Nestin 抗體(1∶500)。②抗Nestin/GFAP 抗體的免疫熒光雙標染色步驟:切片脫蠟至水,微波爐高火15min 完成抗原修復(fù),滴加內(nèi)源性過氧化物酶阻斷劑及5%非免疫性羊血清,置室溫15min,甩去血清加一抗(鼠抗Nestin 抗體,1∶500;兔抗GFAP 抗體,1∶1000),4℃冰箱過夜后,加Cy3(紅色熒光)標記的羊抗鼠IgG 和FITC(綠色熒光)標記的羊抗兔IgG(1∶200),室溫孵育1h,以上每一步驟后均用0.01mol/L 的PBS緩沖液沖洗3 次,每次3min,熒光封片劑封片,激光共聚焦顯微鏡觀察染色結(jié)果。陰性對照組分別用PBS 緩沖液和羊血清代替一抗,其余步驟同上。

        1.2.4 免疫組化結(jié)果 每只大鼠隨機挑選相同部位的4 張切片,在顯微鏡下分別于雙側(cè)側(cè)腦室室管膜下區(qū)(subventricular zone,SVZ)、大腦皮質(zhì)和紋狀體選取3 個高倍視野(×400),對各腦區(qū)的Nestin陽性細胞拍照并計數(shù),采用Image Pro Plus 6.0 圖文分析系統(tǒng)測量平均吸光度值。

        1.3 統(tǒng)計學(xué)方法

        2 結(jié)果

        2.1 TTC 染色結(jié)果

        大鼠腦缺血后1d,腦組織TTC 染色顯示,非部位染為紅色,梗死灶呈蒼白色,梗死灶與大腦中動脈供血區(qū)相吻合,梗死范圍和體積恒定,全腦和腦組織冠狀切片TTC 染色均證明模型復(fù)制成功,見圖1。

        圖1 腦缺血后1d 腦組織TTC 染色

        2.2 抗Nestin 抗體免疫組化染色結(jié)果

        2.2.1 腦缺血后Nestin 陽性產(chǎn)物的分布規(guī)律 Nestin免疫陽性產(chǎn)物呈棕褐色,定位于胞質(zhì)和突起,陰性對照未著色。正常對照組和假手術(shù)組,Nestin 陽性產(chǎn)物主要分布于雙側(cè)SVZ 和第三腦室周圍,大腦皮質(zhì)和紋狀體僅少量血管內(nèi)皮呈Nestin 弱陽性;腦缺血后,Nestin 陽性細胞從缺血側(cè)SVZ 梯度式遷往梗死灶邊緣,隨著缺血時間延長及梗死體積逐漸縮小,陽性細胞始終緊緊圍繞在梗死灶的邊緣,但未能進入梗死灶中央,梗死灶中央只見少量纖維狀結(jié)構(gòu)和血管內(nèi)皮呈Nestin 陽性,見圖2。

        圖2 腦缺血后Nestin 陽性產(chǎn)物的分布規(guī)律(×40,抗Nestin 抗體免疫組化染色)

        2.2.2 腦缺血后Nestin 陽性細胞的形態(tài)變化 正常對照組和假手術(shù)組,大腦皮質(zhì)和紋狀體未見Nestin 陽性細胞,分布于SVZ 和第三腦室周圍的Nestin 陽性細胞呈橢圓形或不規(guī)則形,體積小,突起短少。腦缺血后,Nestin 陽性細胞呈多突起的星形,突起呈放射狀從胞體發(fā)出,形似星形膠質(zhì)細胞,隨著缺血時間延長,陽性細胞體積逐漸變大,突起增多、變長;同時,從缺血側(cè)SVZ 至梗死灶,Nestin 陽性細胞呈現(xiàn)出定向遷移的形態(tài),距梗死灶越近的細胞體積越大、突起越長,且大部分突起伸向梗死灶,見圖3。

        圖3 腦缺血后Nestin 陽性細胞的形態(tài)變化(×400,抗Nestin 抗體免疫組化染色)

        2.2.3 腦缺血后Nestin 陽性細胞的數(shù)量變化 正常對照組和假手術(shù)組相比較,以及假手術(shù)組各亞組之間比較,分布于各腦區(qū)的Nestin 陽性細胞數(shù)量比較,差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(>0.05);腦缺血后,Nestin陽性細胞數(shù)呈一過性增多,于缺血后3d 達到高峰。與正常對照組、假手術(shù)組和缺血對側(cè)比較,缺血側(cè)SVZ 的Nestin 陽性細胞數(shù)于缺血后1d、2d、3d、1周,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(<0.05);腦缺血后1d,梗死灶周圍大腦皮質(zhì)和紋狀體出現(xiàn)Nestin 陽性細胞,并持續(xù)存在至缺血后4 周;缺血后1d、2d、3d、1周,缺血對側(cè)大腦皮質(zhì)和紋狀體也出現(xiàn)少量Nestin陽性細胞,見表1。

        表1 MCAO 后各組大鼠的Nestin 陽性細胞數(shù)(,個,n=5)

        2.2.4 腦缺血后Nestin 陽性細胞的平均吸光度值 與正常對照組、假手術(shù)組和缺血對側(cè)比較,缺血側(cè)SVZ的Nestin 陽性細胞平均吸光度值于缺血后1d、2d、3d 和1 周,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(<0.05),其中,缺血后3d 達高峰,缺血后2 周已回落到正常水平,見圖4;缺血側(cè)大腦皮質(zhì)和紋狀體的Nestin 陽性細胞平均吸光度值于MCAO 后各組均升高,高峰期在缺血后3d 和1 周,差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(>0.05),見圖5。

        圖4 MCAO 后各組大鼠SVZ 的Nestin 陽性細胞平均吸光度值的變化

        圖5 MCAO 后各組大鼠大腦皮質(zhì)和紋狀體Nestin陽性細胞平均吸光度值的變化

        2.3 Nestin/GFAP 免疫熒光雙標染色結(jié)果

        正常對照組和假手術(shù)組,大腦皮質(zhì)和紋狀體可見少量血管內(nèi)皮有微弱的Nestin 陽性表達,有大量GFAP 陽性細胞散在分布,免疫熒光雙標未見Nestin與GFAP 有共表達;腦缺血后,梗死灶周圍大腦皮質(zhì)和紋狀體的Nestin 陽性細胞和GFAP 陽性細胞均增多,且大部分Nestin 陽性細胞與GFAP 共表達,見圖6。

        圖6 腦缺血后1 周梗死灶周圍大腦皮質(zhì)和紋狀體Nestin/GFAP 免疫熒光雙標染色

        3 討論

        神經(jīng)干細胞(neural stem cell,NSCs)是指具有自我更新和增生能力,且能夠分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞的細胞群。目前已證實,成年哺乳動物(包括成年人)腦內(nèi)多個部位存在NSC,其中側(cè)腦室室管膜下區(qū)(subventricular zone,SVZ)被公認為成年腦內(nèi)最大的“神經(jīng)干細胞庫”。生理情況下,分布于SVZ 部位的NSC 持續(xù)增生、更新,經(jīng)吻側(cè)遷移流向嗅球遷移,在遷移過程中NSC不斷發(fā)育成熟,最終分化為嗅球的中間神經(jīng)元。然而,腦缺血等損傷后,在某些細胞因子或信號通路的作用下,SVZ 顯著增生的NSC 逐漸遷往梗死灶方向,并分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞,通過替換死亡神經(jīng)元、挽救瀕死神經(jīng)元及抑制炎癥反應(yīng)等,參與腦缺血后神經(jīng)功能的重建。Xu 等運用線栓法制備大鼠局灶性腦缺血2h 再灌注模型,實驗表明梗死灶周圍的Nestin 陽性細胞于缺血后1d 開始增多,缺血后7d 陽性細胞數(shù)量達到高峰,陽性細胞可持續(xù)存在至缺血后2 周。王佳等從大面積腦梗死患者術(shù)后廢棄的前顳葉腦組織中成功分離出NSC,通過體外培養(yǎng)其能夠大量增生、穩(wěn)定傳代并維持NSC 特性,且具有向神經(jīng)元及星形膠質(zhì)細胞分化的潛能。以上研究均表明,通過激活內(nèi)源性NSC 來修復(fù)腦缺血患者神經(jīng)功能障礙具有十分重要的應(yīng)用價值。

        本研究結(jié)果顯示,腦缺血損傷后,缺血側(cè)SVZ部位的Nestin 陽性細胞被激活,并遷往梗死灶周圍的大腦皮質(zhì)和紋狀體,于缺血后3d 陽性細胞計數(shù)最多,該結(jié)果與部分研究認為Nestin 陽性細胞在缺血后7d 數(shù)量最多不一致。本實驗還發(fā)現(xiàn),隨著缺血時間的延長,增生的Nestin 陽性細胞逐漸減少直至消失,缺血后2 周,缺血側(cè)SVZ 的陽性細胞數(shù)及表達強度已回落到正常水平,梗死灶周圍的陽性細胞在缺血后4 周也基本消失,推測可能是由于絕大部分新生細胞因缺血區(qū)的新陳代謝、氧化、炎癥及其他刺激引發(fā)的凋亡機制而死亡。

        星形膠質(zhì)細胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)數(shù)量最多的一種細胞,其特異性標志物為膠質(zhì)原纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)常用于星形膠質(zhì)細胞的鑒定和分離。星形膠質(zhì)細胞對神經(jīng)元起支持、營養(yǎng)及協(xié)助代謝等作用,對維持神經(jīng)元的正常形態(tài)和功能至關(guān)重要。腦缺血損傷后,星形膠質(zhì)細胞通過聚集于梗死灶邊緣形成膠質(zhì)瘢痕,起到限制缺血損傷范圍、避免梗死灶中央炎癥向外擴散的作用。另外,星形膠質(zhì)細胞還可以釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子和免疫介質(zhì),為缺血后神經(jīng)元的存活提供良好的微環(huán)境,加強神經(jīng)元抵御神經(jīng)毒性物質(zhì)的能力,減輕或阻止神經(jīng)元的繼發(fā)損傷,從而參與腦缺血組織的神經(jīng)功能修復(fù)。本實驗運用抗Nestin/GFAP 抗體的免疫熒光雙標染色發(fā)現(xiàn),腦缺血后增生的絕大部分Nestin 陽性細胞與GFAP 有共表達,結(jié)合腦缺血后Nestin 的動態(tài)表達變化,推測腦缺血后增生的Nestin 陽性細胞由缺血側(cè)SVZ 逐漸遷移至梗死灶邊緣,并分化為星形膠質(zhì)細胞,從而參與腦缺血損傷后的神經(jīng)保護作用。

        綜上所述,腦缺血后激活了缺血側(cè)SVZ 部位的Nestin 陽性細胞一過性增生,于腦缺血后3d 達到增生高峰,Nestin 陽性細胞從缺血側(cè)SVZ 遷往梗死灶邊緣并分化為星形膠質(zhì)細胞,可能通過形成膠質(zhì)瘢痕、釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子和免疫介質(zhì)等對腦缺血后神經(jīng)功能的修復(fù)起著重要作用。

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