黎杏梅,陳燕樺,鐘妤,盧伊芝,何芳,張璐
(廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 麻醉手術(shù)中心,廣西 南寧 530021)
體外循環(huán)(cardiopulmonary bypass, CPB)即心臟和肺功能由心肺機(jī)代替,常用于心臟手術(shù)期間支持患者的血液循環(huán)和氧合作用。然而在CPB過(guò)程中,因人工管道與血液大面積接觸,補(bǔ)體系統(tǒng)、白細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞的激活,以及器官缺血再灌注損傷等刺激,導(dǎo)致各種促炎細(xì)胞因子釋放,誘發(fā)全身包括大腦的炎癥反應(yīng)[1]。過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor,PPAR)是在配體激活后調(diào)節(jié)基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子,由α、β/δ和γ 3種亞型組成,PPARγ的激活可參與脂質(zhì)和糖代謝、單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞活化、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞分化和凋亡等生理、病理過(guò)程[2]。右美托咪定是一種新型的α2腎上腺素受體激動(dòng)劑,是臨床應(yīng)用最廣的一種麻醉輔助用藥[3]。研究報(bào)道,圍手術(shù)期使用右美托咪定可降低接受心臟手術(shù)患者術(shù)后譫妄的發(fā)生率[4]。右美托咪定對(duì)神經(jīng)炎癥具有調(diào)節(jié)作用,其通過(guò)抑制炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)與釋放對(duì)腦缺血再灌注損傷發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[5]。右美托咪定對(duì)CPB相關(guān)腦損傷的保護(hù)作用的具體分子機(jī)制尚不夠明確,仍有待闡明。因此本研究通過(guò)復(fù)制大鼠體外循環(huán)模型探討右美托咪定對(duì)大鼠體外循環(huán)所致腦損傷的保護(hù)作用及可能機(jī)制,并研究PPARγ在其中的作用。
SPF級(jí)成年健康雄性SD大鼠36只,體重350~450 g。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生產(chǎn)許可證號(hào):SCXK桂2020-0003;實(shí)驗(yàn)動(dòng)物使用許可證號(hào):SYXK桂2020-0004。按照隨機(jī)數(shù)字表法將實(shí)驗(yàn)大鼠分為假手術(shù)組(S組)、體外循環(huán)組(C組)、右美托咪定組(D組),每組12只。S組行右頸內(nèi)靜脈及雙側(cè)股動(dòng)脈穿刺置管,持續(xù)2 h,不進(jìn)行體外循環(huán)。C組和D組均行右頸內(nèi)靜脈及雙側(cè)股動(dòng)脈穿刺置管,采用右頸內(nèi)靜脈引流、右股動(dòng)脈灌注的方式復(fù)制大鼠體外循環(huán)模型,轉(zhuǎn)流2 h,D組在體外循環(huán)前15 min至體外循環(huán)2 h期間經(jīng)右頸內(nèi)靜脈以5 μg/(kg·h)的速度泵注右美托咪定注射液,C組在此期間恒速泵注等容積的生理鹽水,S組恒速泵注等容積的生理鹽水2 h。
1.2.1 試劑 右美托咪定注射液(江蘇恒瑞制藥有限公司),兔抗大鼠GAPDH抗體、兔抗大鼠Cleaved Caspase-3抗體(武漢三鷹生物技術(shù)有限公司),兔抗大鼠PPARγ抗體、兔抗大鼠Bax抗體、兔抗大鼠Bcl-2抗體(英國(guó)Abcam公司),兔抗大鼠p-PPARγ抗體(美國(guó)Gene Tex公司),山羊抗兔Dy Light 800熒光二抗(美國(guó)Invitrogen公司),大鼠白細(xì)胞介素-6(Interleukin, IL-6)、大鼠中樞神經(jīng)特異蛋白(central nervous system specific protein, S100β)酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)試劑盒(武漢華美生物工程有限公司)。
1.2.2 材料及儀器 16 G氣管導(dǎo)管(香港友誠(chéng)生物科技有限公司),小動(dòng)物呼吸機(jī)(ALC-V8S,上海奧爾科特生物科技有限公司),病理顯微鏡(CX21,日本奧林巴斯公司),單通道微量注射泵(浙江史密斯醫(yī)學(xué)儀器有限公司),酶標(biāo)儀(美國(guó)BioTek儀器公司),Odyssey掃膜儀(美國(guó)LI-COR公司),低溫勻漿機(jī)(武漢塞維爾生物科技有限公司)。
大鼠稱重后用1%戊巴比妥鈉腹腔注射麻醉(5 mL/kg),仰臥位固定于小動(dòng)物實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。經(jīng)口明視下插入小動(dòng)物專用16 G氣管導(dǎo)管,行機(jī)械通氣,調(diào)整呼吸機(jī)參數(shù),潮氣量10 mL/kg,頻率60次/min,呼吸比1∶2。頸前區(qū)、左右腹股溝處備皮消毒后切開(kāi)皮膚暴露右頸內(nèi)靜脈、雙側(cè)股動(dòng)脈,大鼠右頸內(nèi)靜脈置入18 G導(dǎo)管,并將套管尖置于右心房將靜脈血引流至貯血槽;右側(cè)股動(dòng)脈穿刺置管(22 G靜脈穿刺針)作為灌注端;左側(cè)股動(dòng)脈穿刺置管(22 G靜脈穿刺針)接血壓表監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)血壓并進(jìn)行血?dú)夥治?。預(yù)先配置18 mL無(wú)血預(yù)充液填充CPB管路:乳酸鈉林格液8 mL、6%羥乙基淀粉溶液8 mL、5%碳酸氫鈉1 mL、20%甘露醇1 mL、肝素150 IU/ kg。CPB轉(zhuǎn)流開(kāi)始前,經(jīng)右頸內(nèi)靜脈給予肝素鈉500 IU/kg,當(dāng)激活全血凝固時(shí)間(ACT)≥ 480 s時(shí),開(kāi)始進(jìn)行CPB轉(zhuǎn)流,逐漸增加灌注流量,最終維持在100~120 mL/(kg·min)。CPB轉(zhuǎn)流期間動(dòng)脈血?dú)夥治鼍S持在正常值之間,血紅蛋白(Hemoglobin, Hb)保持在7.0~9.0 g/dL,紅細(xì)胞壓積在20%~25%。小動(dòng)物膜式氧合器的氣體入口端氧氣流量為300~400 mL/(kg·min),用直腸溫度計(jì)監(jiān)測(cè)體內(nèi)中心溫度,維持體溫保持在36.5~38.3 ℃。CPB轉(zhuǎn)流2 h后實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
置管或轉(zhuǎn)流2 h后,拆除連接管道,各組隨機(jī)取6只大鼠剪開(kāi)肋緣暴露肝臟,剪開(kāi)胸骨充分暴露心臟,于心尖部剪一小口,插入灌胃針至主動(dòng)脈根部并固定,剪開(kāi)右心耳,從灌胃針灌注生理鹽水直至右心耳流出的液體變清澈且肝臟變白,接著灌注4 ℃、4%多聚甲醛溶液150 mL進(jìn)行固定,斷頭取出完整腦組織,于4%多聚甲醛溶液中固定24 h,石蠟包埋,行連續(xù)冠狀面切片(5 μm厚),用于蘇木精-伊紅(hematoxylin and eosin, HE)染色和免疫組織化學(xué)染色。各組取剩余6只大鼠CPB轉(zhuǎn)流2 h結(jié)束后,立即斷頭取出完整腦組織,冰上分離海馬組織,用預(yù)冷生理鹽水沖洗干凈,置于-80 ℃冰箱冷凍保存,用于Western blotting檢測(cè)。
將1.4制備的各組大鼠腦組織石蠟切片置入60 ℃烤箱烘烤2 h,經(jīng)二甲苯脫蠟、梯度濃度乙醇脫水,依次蘇木精、伊紅各染色5 min,無(wú)水乙醇脫水,二甲苯透明,中性樹(shù)脂封片,在病理顯微鏡下觀察海馬組織并拍照。
3組大鼠CPB轉(zhuǎn)流2 h結(jié)束后從右頸外靜脈收集靜脈血,4 ℃、1 000 r /min離心15 min,取上清液,分裝并于-80 ℃冰箱冷凍保存。嚴(yán)格按照酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)試劑盒說(shuō)明書(shū)步驟檢測(cè)血漿腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、IL-6及S100β水平。
取各組大鼠海馬組織加入裂解液和蛋白酶抑制劑進(jìn)行勻漿完全裂解,孵育離心取上清液,BCA測(cè)定蛋白總量。加入上樣緩沖液,沸水浴變性后進(jìn)行電泳、轉(zhuǎn)膜。用5%脫脂牛奶封閉2 h,洗膜3次,分別加入一抗Bcl-2(1∶1 000)、Bax(1∶1 000)、Cleaved Caspase-3(1∶1 000)、PPARγ(1∶1 000)、p-PPARγ(1∶1 000)及內(nèi)參GAPDH(1∶5 000),4 ℃孵育過(guò)夜。洗膜3次后加入山羊抗兔熒光二抗(1∶10 000),室溫避光孵育2 h。Odyssey雙色熒光成像系統(tǒng)掃膜成像,Image J軟件測(cè)定灰度值,以目的蛋白與內(nèi)參蛋白灰度值比值表示目的蛋白的相對(duì)表達(dá)量。
將1.4中制備的各組大鼠腦組織石蠟切片脫蠟至水,浸入檸檬酸鈉抗原修復(fù)液,于高壓鍋中高壓修復(fù)6 min,內(nèi)源性過(guò)氧化物酶阻斷劑阻斷,正常山羊工作血清封閉15 min,依次加一抗、酶標(biāo)二抗、顯色劑,蘇木精復(fù)染后脫水、晾干,中性樹(shù)脂封片,于光學(xué)顯微鏡下觀察海馬CA1區(qū)并拍照。棕黃色顆粒即為陽(yáng)性表達(dá)。采用Image-Pro Plus 6.0軟件統(tǒng)計(jì)海馬CA1區(qū)的總面積(area sum)和p-PPARγ陽(yáng)性表達(dá)的積分光密度(integral optical density, IOD)。陽(yáng)性產(chǎn)物的平均光密度(average optical density, MOD)=(IOD sum)/(area sum)。
數(shù)據(jù)分析采用SPSS 26.0和Graph Pad Prism 8.0統(tǒng)計(jì)軟件。計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示,多組比較用方差分析,進(jìn)一步兩兩比較用LSD-t檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
光學(xué)顯微鏡下顯示S組海馬CA1區(qū)細(xì)胞形態(tài)完整,神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量未見(jiàn)減少,細(xì)胞排列整齊、致密,核仁明顯,包膜完整,細(xì)胞與周圍組織聯(lián)系緊密。與S組相比,C、D組海馬CA1區(qū)形態(tài)出現(xiàn)損傷改變,神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量減少,細(xì)胞排列紊亂、疏松,核固縮、深染,細(xì)胞與周圍組織聯(lián)系疏松,可見(jiàn)細(xì)胞死亡。與C組相比,D組海馬CA1區(qū)形態(tài)損傷較輕,神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量輕度減少,細(xì)胞排列較整齊,可見(jiàn)細(xì)胞層次。見(jiàn)圖1。
圖1 各組大鼠海馬組織CA1區(qū)病理變化 (HE染色×400)
ELISA檢測(cè)結(jié)果顯示,S組、C組和D組大鼠血漿中TNF-α、IL-6、S100β水平比較,經(jīng)方差分析,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。與S組比較,C組和D組血漿中TNF-α、IL-6、S100β水平升高(P<0.05);與C組比較,D組血漿中TNF-α、IL-6、S100β水平降低(P<0.05)。見(jiàn)表1。
表1 各組大鼠血漿TNF-α、IL-6、S100β水平比較(n =6,pg/mL,±s)
表1 各組大鼠血漿TNF-α、IL-6、S100β水平比較(n =6,pg/mL,±s)
注:①與S組比較,P<0.05;②與C組比較,P<0.05。
組別S組C組D組F 值P 值S100β 22.62±1.83 76.23±4.24①45.24±3.58①②381.916 0.000 TNF-α 1.91±0.17 6.14±0.85①3.75±0.40①②88.838 0.000 IL-6 7.66±0.30 32.82±0.88①26.53±1.00①②153 9.548 0.000
Western blotting檢測(cè)結(jié)果顯示,S組、C組和D組大鼠Bcl-2、Bax、Cleaved Caspase-3、p-PPARγ/PPARγ蛋白相對(duì)表達(dá)量比較,經(jīng)方差分析,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。與S組比較,C組和D組海馬組織中Bcl-2蛋白相對(duì)表達(dá)量降低(P<0.05),Bax、Cleaved Caspase-3、p-PPARγ/PPARγ蛋白相對(duì)表達(dá)量升高(P<0.05);與C組比較,D組海馬組織中Bcl-2蛋白相對(duì)表達(dá)量升高(P<0.05),Bax、Cleaved Caspase-3、p-PPARγ/PPARγ蛋白相對(duì)表達(dá)量降低(P<0.05)。見(jiàn)表2和圖2。
表2 各組海馬組織中Bcl-2、Bax、Cleaved Caspase-3、p-PPAR γ/PPAR γ蛋白相對(duì)表達(dá)量 (n =6,±s)
表2 各組海馬組織中Bcl-2、Bax、Cleaved Caspase-3、p-PPAR γ/PPAR γ蛋白相對(duì)表達(dá)量 (n =6,±s)
注:①與S組比較,P<0.05;②與C組比較,P<0.05。
組別S組C組D組F 值P 值p-PPAR γ / PPAR γ 0.348±0.097 0.858±0.139①0.515±0.125①②27.402 0.000 Bcl-2 0.815±0.103 0.378±0.074①0.632±0.064①②42.962 0.000 Bax 0.403±0.071 0.770±0.088①0.510±0.066①②37.428 0.000 Cleaved Caspase-3 0.288±0.068 0.728±0.072①0.457±0.083①②53.000 0.000
圖2 各組大鼠海馬組織Bcl-2、Bax、Cleaved Caspase-3、p-PPAR γ/PPAR γ蛋白的表達(dá)
p-PPARγ陽(yáng)性產(chǎn)物呈現(xiàn)棕黃色,主要定位在細(xì)胞核。S組、C組及D組海馬CA1區(qū)p-PPAR γ陽(yáng)性產(chǎn)物MOD值分別為(0.19±0.02)、(0.56±0.03)和(0.26±0.03),經(jīng)方差分析,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=316.224,P=0.000)。與S組比較,C組和D組海馬區(qū)p-PPAR γ陽(yáng)性產(chǎn)物MOD值升高(P<0.05),與C組比較,D組海馬區(qū)p-PPAR γ陽(yáng)性產(chǎn)物MOD值降低(P<0.05)。見(jiàn)圖3和圖4。
圖3 各組海馬CA1區(qū)p-PPAR γ蛋白表達(dá)(免疫組織化學(xué)染色×400)
圖4 各組海馬CA1區(qū)p-PPARγ陽(yáng)性產(chǎn)物的MOD值比較(±s)
CPB是大多數(shù)心臟外科手術(shù)的必備手段,但是CPB是一種非生理狀態(tài),可導(dǎo)致腦損傷,CPB后腦損傷是心臟手術(shù)的常見(jiàn)并發(fā)癥之一。在CPB期間,通過(guò)激活補(bǔ)體系統(tǒng)、凝血途徑、白細(xì)胞及釋放炎癥細(xì)胞因子激活全身炎癥通路,這一過(guò)程會(huì)導(dǎo)致大腦的局部炎癥加劇、局部缺血和再灌注,以及炎癥細(xì)胞的激活加劇等現(xiàn)象[6]。有研究表明,術(shù)后早期抑制神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應(yīng)可以減少CPB后行為和神經(jīng)源性結(jié)果的長(zhǎng)期缺陷[7]。本研究旨在探究右美托咪定如何減輕CPB相關(guān)的腦損傷。
本研究參照文獻(xiàn)[8]中的方法復(fù)制無(wú)血預(yù)充大鼠體外循環(huán)模型,采用右頸內(nèi)靜脈引流、右股動(dòng)脈灌注的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)流2 h,左股動(dòng)脈則用來(lái)監(jiān)測(cè)血壓與血?dú)夥治觥8鹘M模型監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均穩(wěn)定成功。根據(jù)本課題組以往的研究,在CPB期間經(jīng)靜脈以5 μg/(kg·h)的速度泵注右美托咪定具有較好的腦保護(hù)作用[9],故本研究采用5 μg/(kg·h)的速度泵注右美托咪定。
一項(xiàng)Meta分析顯示,右美托咪定在臨床研究和基礎(chǔ)研究中具有減輕應(yīng)激和炎癥反應(yīng)的作用[10]。右美托咪定可以通過(guò)抑制前額葉皮層和海馬DG區(qū)域的炎癥、凋亡及小膠質(zhì)細(xì)胞活化發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[11]。右美托咪定還可以通過(guò)中樞α2腎上腺素受體減輕膿毒癥相關(guān)的全身炎癥、神經(jīng)炎癥、血腦屏障損傷及認(rèn)知功能障礙[12]。因此,本研究筆者首先探討右美托咪定與CPB引起的炎癥之間的關(guān)系。
以往研究表明,CPB期間幾種細(xì)胞因子顯著表達(dá),如TNF-α、TGF-β、IL-1β和IL-6[6]。CPB在誘發(fā)全身炎癥反應(yīng)時(shí),腦組織也發(fā)生明顯的炎癥反應(yīng)。CPB心臟手術(shù)中,CPB誘發(fā)產(chǎn)生的大量炎癥細(xì)胞因子隨循環(huán)進(jìn)入腦內(nèi),同時(shí)因腦組織缺血再灌注、降溫與復(fù)溫、微血栓等,腦內(nèi)也產(chǎn)生了TNF-α、IL-6等炎癥細(xì)胞因子,這些細(xì)胞因子引起腦組織缺血、缺氧和血腦屏障破壞,其中,腦組織炎癥反應(yīng)在CPB所致的腦損傷中起重要作用[13]。本研究通過(guò)檢測(cè)血漿TNF-α和IL-6水平評(píng)估CPB期間的炎癥反應(yīng)狀況,結(jié)果顯示,CPB后的C組和D組血漿中TNF-α和IL-6水平較S組均明顯升高,CPB后的D組血漿中TNF-α和IL-6水平較C組明顯降低。本研究結(jié)果提示,CPB可引起血漿中TNF-α和IL-6等炎癥細(xì)胞因子顯著表達(dá),而右美托咪定可降低血漿中TNF-α和IL-6等炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)、減輕CPB誘發(fā)的炎癥反應(yīng)。
S100β蛋白是一種酸性鈣結(jié)合蛋白,可從受損神經(jīng)元滲漏出來(lái),通過(guò)血腦屏障進(jìn)入外周血,是腦損傷特異且靈敏的生化標(biāo)志物,升高程度與腦損傷程度密切相關(guān)[14]。本研究結(jié)果顯示,CPB轉(zhuǎn)流2 h后,C組和D組血漿中的S100β水平均高于S組,提示CPB過(guò)程引發(fā)的炎癥反應(yīng)會(huì)對(duì)腦組織造成一定的損傷。而與C組比較,D組血漿S100β水平降低,提示CPB給予右美托咪定泵注可以顯著降低血漿中S100β水平。
本研究對(duì)大鼠腦組織進(jìn)行HE染色,并檢測(cè)海馬組織中Bcl-2、Bax和Cleaved Caspase-3表達(dá)來(lái)評(píng)估右美托咪定對(duì)組織病理學(xué)變化和神經(jīng)細(xì)胞凋亡的影響。Caspase-3是Caspase家族的核心成員,活化的Caspase-3(Cleaved Caspase-3)是細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵執(zhí)行因子,可降解DNA復(fù)制相關(guān)蛋白、凋亡抑制蛋白和細(xì)胞骨架蛋白等,從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡[15]。本研究結(jié)果顯示,右美托咪定能減輕CPB大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)細(xì)胞的損傷程度,同時(shí)有效提高抗凋亡蛋白Bcl-2的表達(dá),下調(diào)促細(xì)胞凋亡蛋白Bax和Cleaved Caspase-3的表達(dá),減輕神經(jīng)細(xì)胞凋亡,具有腦保護(hù)作用。
PPAR γ是核激素受體家族中的配體激活受體,PPAR γ與配體結(jié)合后可同時(shí)調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和脂質(zhì)代謝,在多種炎癥基因的RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)與其他核轉(zhuǎn)錄因子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),進(jìn)而調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)[16]。已知的PPARγ轉(zhuǎn)錄后修飾有磷酸化、乙?;?、泛素化、糖基化等[17]。轉(zhuǎn)錄后修飾不僅可以改變蛋白構(gòu)象,調(diào)控蛋白之間的相互作用,而且可以改變受體與配體間的親和力,從而調(diào)控下游基因的轉(zhuǎn)錄。在多種刺激和細(xì)胞應(yīng)激下,PPAR γ發(fā)生磷酸化位點(diǎn)各不相同,產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)也不同[18]。PPAR γ的激活可以通過(guò)已知的絲裂原活化蛋白激酶(mitogenactivated protein kinase, MAPK)的3種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)磷酸化過(guò)程,分別是細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶、p38、c-Jun氨基端激酶[19-20]。在激活功能-1功能結(jié)構(gòu)域上PPAR γ在Ser112位點(diǎn)由MAPK介導(dǎo)的磷酸化可調(diào)節(jié)配體與配體結(jié)合域的結(jié)合抑制PPAR γ的活性[21]。增加PPAR γ在Ser273位點(diǎn)磷酸化,降低胰島素降解酶表達(dá),增加淀粉樣蛋白裂解酶-1和淀粉樣蛋白前體表達(dá),提高β-淀粉樣蛋白水平,誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡[22]。本研究結(jié)果顯示,右美托咪定降低了CPB大鼠海馬CA1區(qū)p-PPARγ/PPARγ比值,說(shuō)明右美托咪定通過(guò)抑制PPARγ磷酸化發(fā)揮腦保護(hù)作用,對(duì)CPB引發(fā)的腦損傷產(chǎn)生積極影響。
綜上所述,右美托咪定能夠有效抑制體外循環(huán)海馬組織中的PPAR γ磷酸化,減少炎癥因子釋放及降低S100β蛋白表達(dá),這可能是右美托咪定對(duì)CPB引發(fā)的腦損傷產(chǎn)生保護(hù)作用的原因之一。
中國(guó)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志2024年3期