BMAL1在大鼠脑出血后继发性脑损伤中的作用及机制研究

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第一部分大鼠脑出血后脑组织中BMAL1蛋白表达的变化目的探讨脑出血(Intracerebral hemorrhage,ICH)模型大鼠脑组织中脑和肌肉类Arnt样蛋白1(Brain and muscle Arnt-like protein 1,BMAL1)蛋白昼夜表达变化以及脑出血后不同时间点的表达变化。方法1.实验设计和分组:(1)将健康雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠随机分为Sham和ICH组,每组根据昼夜时间点不同再分为4个亚组:6:00、12:00、18:00、24:00,每组6只大鼠。在模型建立后24h进行收集各组不同时间点的脑组织标本。(2)将SD大鼠随机分为正常组、Sham组、ICH-3h组、ICH-6h组、ICH-12h组、ICH-24h组、ICH-48h组、ICH-72h组、ICH-7d组,每组6只大鼠。各组均在当天同一时间收集脑组织标本。2.ICH模型大鼠建立:采心脏自体注射法建立ICH模型。3.检测方法和观察指标:采用蛋白印迹法(Western blot,WB)观察大鼠脑出血后不同时间点的脑组织中BMAL1蛋白的昼夜表达变化以及脑出血后不同时间点的表达变化;采用免疫荧光(Immunofluorescence,IF)共染分析大鼠脑出血后BMAL1蛋白表达的亚细胞分布变化。结果1.与Sham组相比,ICH组大鼠脑组织中BMAL1表达水平总体是下降的,尤其在18:00下降最明显,并且ICH组大鼠在昼夜不同时间点的BMAL1表达水平无显著差异。2.大鼠脑出血3h开始BMAL1表达水平开始下降,到达ICH后24h时间点时BMAL1蛋白水平降到最低,显著低于Sham组。3.BMAL1在神经元和星形胶质细胞中表达较高,而在小胶质细胞中表达较少。与Sham组相比,脑出血后24h大鼠脑组织中BMAL1阳性神经元数量明显减少,而BMAL1阳性小胶质细胞和星形胶质细胞的数量在Sham组和ICH组间未见明显差异。结论BMAL1在大鼠脑出血后脑组织中表达显著下降,其中在脑出血后24 h降到最低,并且其降低主要分布在神经元中。第二部分BMAL1蛋白表达上调对大鼠脑出血后继发性脑损伤的影响目的探讨BMAL1蛋白表达上调对大鼠脑出血后继发性脑损伤的影响,以明确BMAL1在大鼠脑出血后继发性脑损伤中的作用。方法1.实验动物分组:将SD大鼠随机分为四组:分别为Sham组、ICH组、ICH+Vector组(空载慢病毒)和ICH+Over-BMAL1(过表达BMAL1慢病毒)组,每组24只大鼠。2.ICH动物模型制作和标本收集:采用心脏自体注射法建立活体ICH实验动物模型。建立ICH模型后24h,各组均于当天同一时间(18:00)收集大鼠血液和血肿周围脑组织标本。3.慢病毒干预:采用侧脑室慢病毒注射方法进行慢病毒干预,注射结束7天后进行ICH造模。4.检测方法和观察指标:(1)各组随机选取大鼠6只,采用Western blot检测各组大鼠脑组织中BMAL1表达以评估慢病毒干预的效果;采用ELISA检测各组大鼠血清中IL-1β和TNF-α和脑组组中活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的水平以评估各组大鼠炎症反应和氧化应激水平;采用Western blot检测Albumin蛋白水平评估各组大鼠血脑屏障功能;采用Nissl、Fluoro-Jade B(FJB)和TUNEL染色法观察各组大鼠神经元损伤和凋亡的情况;(2)各组随机选取大鼠6只,采用干湿比重法检测各组大鼠脑水含量的变化;(3)各组随机选择大鼠12只,采用改良加西亚量表(modified Garcia Score,mGS)和Morris水迷宫试验评估各组大鼠的神经功能。结果1.与Sham组相比,ICH模型大鼠脑组织中BMAL1蛋白表达显著降低;与ICH+Vector组相比,过表达慢病毒干预后ICH模型大鼠脑组织中BMAL1蛋白表达明显升高,提示过表达慢病毒干预模型成功。2.与Sham组相比,ICH模型大鼠脑组织中ROS含量和血清中IL-1β和TNF-α水平显著升高,血肿侧基底节区和皮层区脑水含量显著增加,同时脑血肿周围组织中Albumin蛋白水平明显增高。与ICH+Vector组相比,过表达慢病毒干预后ICH模型大鼠的ROS含量以及IL-1β和TNF-α水平显著降低,血肿侧基底节区和皮层区脑水含量显著减少,并且ALB表达水平明显下降。3.与Sham组相比,ICH组大鼠脑组织皮层区和海马区存活神经神经元数目显著减少,并且FJB阳性细胞和TUNEL 阳性神经元数目明显增多。与ICH+Vector组相比,过表达慢病毒干预后ICH模型大鼠的脑组织皮层和海马区存活神经神经元数目显著增多,同时FJB 阳性细胞和TUNEL 阳性神经元的数目明显减少。4.与Sham组相比,ICH模型大鼠mGS评分明显减少,并且寻找靶台所花费的时间明显更多,同时在目标平台象限停留时间明显更短。与ICH+Vector组比较,过表达慢病毒干预后ICH模型大鼠的mGS评分显著提高,寻找靶台所花费的时间明显缩短,在目标平台象限停留时间延长。结论BMAL1过表达慢病毒干预可显著降低大鼠脑出血后炎症和氧化应激水平,减轻脑水肿和血脑屏障破坏以及神经元损伤,改善大鼠的神经功能。上调BMAL1蛋白表达对脑出血后继发性脑损伤具有神经保护作用。第三部分MicroRNA-155介导BMAL1/Nrf2通路在脑出血继发性脑损伤中的作用研究目的探讨MicroRNA-155(miR-155)介导BMAL1/Nrf2通路在脑出血后继发性脑损伤中的作用。方法1.实验分组:将SD大鼠随机分为四组:Sham组、ICH组、ICH+antagomir-NC组和ICH+antagomir-155组,每组24只大鼠。2.ICH动物模型制作和标本收集:采用心脏自体注射法建立ICH大鼠模型。ICH模型建立24h后,各组均于当天同一时间(18:00)收集大鼠的血液和脑积液以及血肿周围脑组织标本。3.Antagomir-155干预方法:采用侧脑室注射方法进行antagomir-155干预,注射结束1天后进行ICH造模。4.检测方法和观察指标:(1)各组随机选择大鼠6只,采用ELISA检测antagomir-155干预后ICH大鼠脑脊液和血清中IL-1β和TNF-α水平的变化;采用实时荧光定量聚合酶链反应方法检测大鼠脑出血后脑组织中miR-155的表达变化,进一步采用Western blot方法检测miR-155靶基因BMAL1的表达;采用Nissl和FJB染色观察antagomir-155干预对ICH大鼠脑组织中神经元损伤坏死的影响;并采用western blot检测antagomir-155干预后ICH大鼠脑组织中核因子E2相关因子(Nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)及下游HIF-1α蛋白表达的变化;检测antagomir-155干预后ICH大鼠脑组织中ROS和丙二醛(malondialdehyde,MDA)的含量以及超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和谷胱甘肽过氧化酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)活性的变化。(2)各组随机选取大鼠6只检测antagomir-155干预后ICH模型大鼠两侧基底节区和皮层、小脑部位脑水含量的变化。(3)各组随机选择大鼠12只,采用mGS评分、旋转实验、贴纸实验和Morris水迷宫实验评估antagomir-155干预对ICH大鼠神经功能的影响。结果1.与Sham组相比,大鼠脑出血后血肿周围脑组织中miR-155表达显著升高;与ICH+antagomir-NC组相比,antagomir-155干预后脑出血模型大鼠脑组织中BMAL1蛋白水平明显升高。2.与ICH+antagomir-NC组相比,antagomir-155干预后ICH模型大鼠血清和脑积液中的IL-1β和TNF-α水平和血肿侧基底节区和皮层区的脑水含量均显著降低;脑组织中ROS、MDA的含量明显降低,而SOD和GSH-Px的活性显著提高;大鼠脑组织中FJB阳性细胞明显减少,皮层和海马区的存活神经神经元显著增加。3.与ICH+antagomir-NC组相比,antagomir-155干预后脑出血模型大鼠的mGS评分显著增加、在转盘主轴上的时间明显延长,接触前感受的时间以及从前抓上取下粘纸的时间显著缩短,进行寻找到靶台的时间缩短,在目标象限的停留时间增加。4.与ICH+antagomir-NC组相比,antagomir-155干预后脑出血模型大鼠血肿周围脑组织中BMAL1和Nrf2蛋白表达升高,同时下游抗氧化应激蛋白HIF-1α蛋白水平降低。结论采用antagomir-155干预可上调BMAL1蛋白表达,并激活BMAL1/Nrf2通路发挥抗炎和抗氧化作用,从而减轻脑出血后继发性脑损伤。本研究进一步揭示了 miR-155介导BMAL1/Nrf2通路参与脑出血后继发性脑损伤的分子机制。
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