电针动员局灶脑缺血/再灌注大鼠骨髓内皮祖细胞归巢并参与脑内血管再生的机制研究

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缺血性脑血管病是具有高发病率、高致死率、高致残率的疾病。脑缺血后脑内血管再生、脑循环结构与功能的重建是神经网络结构和功能重建的基础、前提及保障,故深入研究脑缺血后脑内血管再生具有非常重要的意义。脑缺血后的血管重建仅靠脑内内皮细胞(endothelial cells,ECs)增殖修复远远不够,而通过内皮祖细胞(endothelial progenitor cells,EPCs)的增殖、迁移、分化形成新生血管过程,无需依赖原有的血管系统,是目前血管再生治疗的新策略。以往在EPCs对血管再生作用的研究中多采取细胞移植的手段,较少单独从机体整体水平进行研究,而机体内源性EPCs在脑缺血损伤后能有效地促进血管再生,且外源性EPCs的运用目前仍存在多种亟待解决的问题,故在体研究内源性EPCs的动员、迁移、归巢及其促血管再生作用十分必要。磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylinositol-3-kinase, PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/AKT)通路及SDF-1α/CXCR4轴与骨髓EPCs动员密切相关,但在机体整体水平上的调控等方面的研究相对较少。针刺作为祖国传统医学治疗脑缺血已有上千年历史,对其作用机制的研究层出不穷。研究表明,非药物治疗手段电针可明显促进缺血组织的血管再生,推测电针促进脑缺血区的血管再生可能与其动员骨髓EPCs至外周血并归巢至脑缺血区促进血管再生相关,但其机制仍不清楚。本研究旨在研究穴位电针干预下局灶脑缺血/再灌注SD大鼠骨髓、外周血及大脑皮质缺血区CD34+VEGFR2+EPCs、CD34+EPCs数量变化的时空规律及SDF-1α、p-AKT的表达变化规律,以期深入探讨穴位电针促进脑缺血后大脑皮质缺血区血管再生的机制,明确其机制是否与促进骨髓、外周血p-AKT、SDF-1α表达上调,动员骨髓EPCs归巢参与脑内血管再生相关。目的:1.探讨电针对局灶脑缺血/再灌注大鼠神经功能恢复的影响;2.探讨电针干预对局灶脑缺血/再灌注大鼠骨髓、外周血CD34+VEGFR2+EPCs、CD34+EPCs数量的影响;3.探讨电针对局灶脑缺血/再灌注大鼠骨髓、外周血、大脑皮质缺血区SDF-1α表达的影响;4.探讨电针对局灶脑缺血/再灌注大鼠骨髓AKT蛋白磷酸化(p-AKT)的影响;5.探讨电针对局灶脑缺血/再灌注大鼠大脑皮质缺血区EPCs源性血管表达的影响;6.探讨和证实骨髓EPCs是否可寻骨髓、外周血、缺血脑组织的SDF-1α浓度梯度动员到外周血并归巢至缺血皮质区,促进脑内缺血区血管再生;7.深入探讨电针动员脑外内源性成血管因素(骨髓EPCs)促进局灶脑缺血/再灌注后脑内血管再生的机制。方法:线栓法制备SD大鼠局灶脑缺血/再灌注模型,255只SD大鼠随机分为假手术组(Sham组)、模型组(I/R组)、电针组(I/RE组),并按缺血2h再灌注后的观察时相点将各组分为12h、1d、2d、3d、7d5个亚组。取大鼠百会穴(GV20)及左侧四关穴(合谷(LI4)/太冲(LR3))为电针穴位,刺激时间为30min/d。采用改良神经功能缺损程度评分(Modified Neurological Severity Score,mNSS)评价电针干预前后局灶脑缺血/再灌注大鼠神经功能恢复情况,流式细胞术检测骨髓、外周血CD34+EPCs及CD34+VEGFR2+EPCs的数量变化,采用Real-timePCR及Western blot检测骨髓、外周血、大脑皮质缺血区SDF-1α mRNA和蛋白的表达变化及骨髓p-AKT蛋白的表达情况,免疫荧光双标观察大脑皮质缺血区CD34+VEGFR2+血管表达。结果:1.改良神经功能缺损程度评分(mNSS)模型组及电针组大鼠在MCAO后的12h、1d、2d、3d、7d均表现出不同程度的神经功能缺损。与模型组比较,电针12h、1d、2d时mNSS评分无明显差异(P>0.05),电针3d(P<0.05)及电针7d(P<0.01)差异显著,随着再灌注后时间延长,mNSS评分均逐渐下降。2.电针对局灶脑缺血/再灌注大鼠外周血CD34+VEGFR2+EPCs数量的影响与假手术组比较,模型组外周血CD34+VEGFR2+EPCs数量于再灌注后12h开始增多(P<0.05),1d时达到最高值(P<0.01),2d、3d逐渐减少但仍高于假手术组(P<0.05),7d时与假手术组无明显差异(P>0.05),而电针组各时间点相对假手术组增多更为明显(P<0.05)。电针组再灌注后12h CD34+VEGFR2+EPCs数量与模型组相比无显著差异(P>0.05),但1d至3d差异明显(P<0.05),7d时降至与模型组无明显差异(P>0.05)。3.电针对局灶脑缺血/再灌注大鼠外周血CD34+EPCs数量的影响模型组再灌注后12h、24h、48h外周血CD34+EPCs数量相对假手术组明显增多(P<0.01),且于24h达到最高值(P<0.01),其中电针组各时间点相对假手术组增多更为明显(P<0.01)。电针组再灌注后12h、24h及48h CD34+EPCs数量逐渐增多,且均明显多于模型组(P<0.05)。4.电针对局灶脑缺血/再灌注大鼠骨髓CD34+VEGFR2+EPCs数量的的影响模型组12h、1d、2d EPCs数量与假手术组相比明显增多(P<0.05),且于再灌注后12h达高峰(P<0.05),随后逐渐减少,至3d、7d时与假手术组无明显差异(P>0.05)。与模型组比较,电针组EPCs数量在再灌注后1d、2d均增多(P<0.01),且于1d达高峰(P<0.01),3d时与模型组无明显差异但仍高于假手术组(P<0.05)。5.电针对局灶脑缺血/再灌注大鼠骨髓CD34+EPCs数量的影响局灶脑缺血/再灌注后12h骨髓CD34+EPCs数量最多,24h、48h逐渐减少,但数量均明显多于假手术组(P<0.05),其中电针组各时间点相对假手术组增多更为明显(P<0.01)。与模型组比较,电针组CD34+EPCs数量在再灌注后12h、24h明显增多(P<0.01),且于24h达高峰(P<0.01),48h时与模型组无明显差异(P>0.05)。6.电针对局灶脑缺血/再灌注大鼠骨髓p-AKT蛋白表达的影响假手术组骨髓中有少量p-AKT蛋白表达,模型组p-AKT蛋白在局灶脑缺血/再灌注后12h、24h及48h表达逐渐增高且均高于假手术组(P<0.05),其中电针组各时间点相对假手术组增高更为明显(P<0.01)。与模型组比较,电针组各时间点p-AKT蛋白表达规律同模型组且均明显高于模型组(P<0.01)。7.电针对局灶脑缺血/再灌注大鼠骨髓、外周血SDF-1α mRNA表达的影响局灶脑缺血/再灌注后12h电针组外周血SDF-1α mRNA表达与模型组比较无明显差异(P>0.05),而再灌注后1d、2d、3d与模型组差异明显(P<0.05)。局灶脑缺血/再灌注后电针组和模型组骨髓SDF-1αmRNA表达均在12h最多(P<0.05),但之间无显著性差异(P>0.05),而后两组SDF-1α mRNA表达均逐渐减少,7d时稍有回升,其中再灌注后1d电针组SDF-1α mRNA表达明显高于模型组(P<0.05)。8.电针对局灶脑缺血/再灌注大鼠大脑皮质缺血区SDF-1α蛋白及mRNA表达的影响与假手术组比较,模型组与电针组SDF-1α蛋白及mRNA的表达均明显增高(P<0.05),其中电针组各时间点增高更为显著(P<0.05)。电针组SDF-1α的表达在再灌注后1d、3d、7d均高于模型组(P<0.05),且在再灌注后3d达高峰(P<0.05)。9.电针对大鼠大脑皮质缺血区CD34+VEGFR2+血管及CD34和VEGFR2mRNA表达的影响模型组与电针组CD34+VEGFR2+血管数量随着时间延长逐渐增多,7d时增至最多(P<0.05)。与模型组比较,再灌注后1d电针组血管数量无明显差异(P>0.05),但再灌注后3d、7d电针组明显高于模型组(P<0.05)。另外,再灌注后1d电针组CD34和VEGFR2mRNA的表达与模型组比较无明显差异(P>0.05),但3d、7d时明显高于模型组(P<0.05)。结论:1.电针可促进局灶脑缺血/再灌注大鼠的神经功能恢复;2.电针可能通过激活骨髓PI3K/AKT通路,促进AKT的磷酸化,增加骨髓p-AKT的表达,下调骨髓SDF-1α表达但上调外周血、大脑皮质缺血区SDF-1α表达,促进CD34+VEGFR2+EPCs、CD34+EPCs从骨髓动员至外周血,增加骨髓、外周血CD34+VEGFR2+EPCs、CD34+EPCs数量,从而促进大脑皮质缺血区CD34和VEGFR2的表达及上调CD34+VEGFR2+血管数量,促进大脑皮质缺血区域的血管再生修复;3.电针可能促使骨髓、外周血、大脑皮质缺血区形成SDF-1α浓度梯度,促进EPCs寻SDF-1α的浓度梯度动员至外周血,并归巢至脑内缺血区参与血管再生。
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