基于Wnt/β-catenin信号通路探究电针血清对体外神经血管单元模型缺糖缺氧损伤的作用

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缺血性脑卒中(Ischemic stroke,IS)是指多种原因引起的脑动脉阻塞,导致局部脑血流中断,梗塞区脑组织发生缺血、缺氧坏死,继而出现神经功能缺损的一类临床综合征。本病在临床具有发病率、致残率、致死率和复发率“四高”的特点,对患者的生命健康造成巨大威胁。神经血管单元(Neurovascular unit,NVU)是脑结构和功能的基本单位,血脑屏障(Blood brain barrier,BBB)、胶质细胞、神经元、平滑肌细胞、周细胞和细胞外基质是其主要组成部分。NVU生理病理改变与IS的发生发展密切相关,基于NVU的整体保护正逐渐成为临床治疗IS的共识。针刺是IS常用的治疗方法,可以有效预防卒中和促进卒中后机体的恢复。课题组前期研究发现,电针通过上调脑组织内神经生长相关蛋白-43(Growth associated protein-43,GAP-43)、血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)、突触囊泡蛋白(Synaptophysin,SYN)表达、下调勿动蛋白A(Neurite outgrowth inhibitor-A,Nogo-A)表达,促进局灶性脑梗死大鼠神经和运动功能的恢复,对大脑中动脉闭塞模型(Middle cerebral artery occlusion,MCAO)大鼠NVU具有保护作用,且该作用与激活Wnt/β-catenin信号通路密切相关。为进一步验证电针对IS的治疗作用及可能的相关机制,本研究以前期发现为基础,通过构建体外NVU的糖氧剥夺/复糖复氧(Oxygen-glucose deprivation and reoxygenation,OGD/R)模型,以探究电针血清对体外NVU模型缺糖缺氧损伤的作用及可能的相关机制。拟从微观层面揭示针刺调控NVU治疗IS,为针刺的临床应用提供可靠理论依据。第一部分电针血清对体外NVU模型缺糖缺氧损伤的作用目的:观察电针血清对体外NVU模型OGD/R损伤的作用,验证电针血清对IS的神经保护作用。方法:将SPF级雄性健康成年SD大鼠随机分为对照组、模型组、电针组。模型组采用改良线栓法建立大鼠MCAO模型,电针组在模型组的基础上以“醒脑开窍”针刺法干预。干预结束后,将对照组、电针组大鼠进行腹主动脉取血,离心取上清。分离、培养新生SD大鼠乳鼠的皮质神经元、星形胶质细胞和脑微血管内皮细胞,免疫细胞化学法鉴定细胞纯度。利用细胞共培养技术和transwell insert构建三细胞共培养的体外NVU模型,ERS-2细胞电阻仪测量模型的跨内皮细胞电阻(Transendothelial electrical resistance,TEER)值。将构建的体外NVU模型随机分为对照组(Control)、电针血清组(Control+Es)、模型组(OGD/R)、模型+电针血清组(OGD/R+Es)。CCK-8测定电针血清体外干预的最适浓度和时间,以及各干预组神经元的存活率;TUNEL染色法检测各组神经元凋亡情况;Western blotting分析各实验组神经元Bax、Bcl-2、Caspase-3蛋白的表达情况。结果:1.TEER值的测量:随着共培养时间的延长,TEER值逐渐趋于稳定。2.电针血清体外干预浓度和干预时间的确定:CCK-8结果显示,5%电针血清干预24h神经元的生存率最大,故以5%电针血清浓度作用24h,作为电针血清体外干预的最适条件。3.电针血清提高OGD/R后神经元的生存率:与对照组比较,模型组神经元生存率显著减小(P<0.01)。与模型组比较,模型+电针血清组神经元生存率显著增大(P<0.01)。4.电针血清减少OGD/R后神经元的凋亡:TUNEL染色结果示:与对照组比较,模型组凋亡神经元数量显著增多(P<0.01)。与模型组比较,模型+电针血清组凋亡神经元数量减少(P<0.01)。Western blotting结果示:与对照组比较,模型组Bcl-2/Bax值减小、Caspase-3表达增多(均P<0.01)。与模型组比较,模型+电针血清组Bcl-2/Bax值增大、Caspase-3表达减少(均P<0.01)。结论:1.体外NVU模型初步构建成功。2.OGD/R处理诱导体外NVU模型神经元的损伤。3.电针血清干预可减轻OGD/R诱导的体外NVU模型损伤。第二部分基于Wnt/β-catenin信号通路观察电针血清对体外NVU模型缺糖缺氧损伤的神经保护作用目的:观察电针血清对体外NVU模型缺糖缺氧损伤的神经保护效应及对Wnt/β-catenin信号通路的调控作用,进而探讨电针血清发挥神经保护作用的可能机制。方法:将体外NVU模型分为对照组(Control)、模型组(OGD/R)、电针血清组(OGD/R+Es)、抑制剂组(OGD/R+XAV939)、电针血清+抑制剂组(OGD/R+Es+XAV939)。CCK-8检测各实验组神经元的存活率;TUNEL染色检测各实验组神经元的凋亡情况;TEER值测量和辣根过氧化物酶(Horseradish peroxidase,HRP)渗透性实验检测BBB的完整性;活性氧(Reactive oxygen species,ROS)、超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、丙二醛(Malondialdehyde,MDA)、乳酸脱氢酶(Lactate dehydrogenase,LDH)试剂盒检测各实验组氧化应激水平;RT-q PCR、Western blotting实验分析相关检测指标在基因、蛋白水平的表达情况。结果:1.XAV939对Wnt/β-catenin信号通路抑制作用的验证:与模型组比较,抑制剂组轴蛋白Axin表达增多(P<0.01),β-catenin表达减少(P<0.01),提示Wnt/β-catenin信号通路被抑制。2.电针血清干预促进体外NVU模型OGD/R后神经元的存活:OGD/R处理后神经元存活率显著降低(P<0.01),电针血清干预后神经元存活率显著提高(P<0.01),加入抑制剂后神经元存活率显著降低(P<0.01)。3.电针血清抑制体外NVU模型OGD/R后神经元的凋亡:OGD/R处理后神经元凋亡显著增多,Bcl-2/Bax值显著减小,Caspase-3表达显著增多(均P<0.01);电针血清干预可减少神经元凋亡,Bcl-2/Bax值增大,Caspase-3表达减少(均P<0.01);抑制剂干预后神经元凋亡显著增多,Bcl-2/Bax值下调,Caspase-3表达上调(均P<0.01)。4.电针血清减轻体外NVU模型OGD/R后BBB的渗漏:与对照组比较,模型组TEER值减小,HRP渗透性升高(均P<0.01);与模型组比较,电针血清干预后TEER值增大,HRP渗透性降低(均P<0.01);与电针血清组比较,抑制剂干预后TEER值减小,HRP渗透性升高(均P<0.01)。5.电针血清促进NVU模型OGD/R后紧密连接蛋白表达并抑制MMP-9表达:OGD/R后Claudin-5、Occludin和ZO-1表达下调,MMP-9表达上调(均P<0.01)。电针血清干预促进Claudin-5、Occludin表达,抑制MMP-9表达(均P<0.01)。抑制剂干预对电针血清具有拮抗作用(均P<0.01)。6.电针血清降低NVU模型OGD/R损伤后的氧化应激水平:OGD/R处理后,NVU模型内ROS、MDA、LDH水平升高,SOD活性减弱(均P<0.05)。电针血清干预后,ROS、MDA、LDH水平降低,SOD活性增强(均P<0.05)。抑制剂干预可逆转电针血清的作用(均P<0.05)。7.电针血清激活Wnt/β-catenin信号通路,并促进NVU标志蛋白的表达:OGD/R后Wnt1、β-catenin、VEGF、GFAP、Neu N表达下调,GSK-3β表达上调(均P<0.01)。电针血清干预促进Wnt1、β-catenin、VEGF、GFAP、Neu N表达,抑制GSK-3β表达(均P<0.01)。抑制剂干预抑制了电针血清的作用(均P<0.05)。结论:1.电针血清对体外NVU模型OGD/R损伤的神经保护作用与抗凋亡、抗氧化及改善BBB功能相关。2.电针血清可通过调控Wnt/β-catenin信号通路减轻体外NVU模型OGD/R损伤。
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