ROS,mitoKATP在兔缺血后处理脊髓保护效应机制中的研究

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神经功能损害仍然是胸腹主动脉瘤手术治疗中可能发生的并发症,严重者可导致截瘫,其主要原因是术中阻闭腹主动脉导致脊髓组织发生了缺血/再灌注损伤。30多年来,学者们一直在探索研究采取何种措施以减少这一并发症的发生。缺血预处理与后处理现象的发现,为脊髓保护研究开辟了新思路。与预处理相比,缺血后处理对不可预知的缺血损伤保护和早期干预提供了可能,从而更具临床应用前景,故越来越受到关注。我们实验室最新的研究表明,缺血后处理可减轻兔脊髓缺血/再灌注损伤,从而产生神经保护作用。Penna等发现,ROS清除剂可消除后处理的心肌保护作用,这与我们以往在非缺血性预处理研究中的发现有类似之处。我们推测ROS是通过上调机体内源性的抗氧化能力,从而介导脊髓缺血后处理的保护效应。线粒体ATP敏感性K+通道(mitoKATP)与ROS的产生密切相关。因此本研究拟采用肾下腹主动脉(IRA)阻闭致兔脊髓缺血模型对缺血后处理诱导脊髓缺血耐受形成的机制进行两方面的探讨:(1)缺血后处理诱导脊髓保护效应形成的机制是否与机体内源性抗原化物酶活性改变相关,并且明确其触发因子是否为ROS;(2)mitoKATP是否参与缺血后处理诱导的脊髓保护机制中。  第一部分,ROS在缺血后处理诱导脊髓保护效应中的作用  实验一缺血后处理上调内源性抗氧化物酶活性诱导脊髓保护效应  该实验旨在动态的、连续的观察缺血后处理对再灌注期间内源性抗氧化物酶的活性及MDA含量的影响。  方法:雄性新西兰大白兔78只随机分为3组:假手术组(Sham组)(n=18):操作同I/R组,但不阻闭腹主动脉;单纯缺血组(I/R组)(n=30):阻闭肾下腹主动脉20min后再灌注;缺血后处理组(PostC组)(n=30):阻闭肾下腹主动脉20min,再灌注即刻行30s再灌注/30s再缺血,3个循环,其它同I/R组。在再灌注的30min、1h、3h、6h、24h和48h分别取材,采用分光光度法行脊髓抗氧化物酶活性及丙二醛(MDA)含量测定(各时间点n=5,Sham组n=3)。再灌注6h、24h和48h在取材前分别行后肢运动功能评分。  结果:(1)再灌注6h、24h和48h时PostC组后肢运动功能评分显著高于I/R组(P<0.05)。(2)PostC组脊髓组织中超氧化物歧化酶(SOD)及过氧化氢酶(CAT)活性在再灌注早期(1h、3h和6h)均较I/R组高(P<0.05),其中CAT在再灌注30min即显著高于I/R组(P<0.05)。PostC组各时间点脊髓组织谷光甘肽过氧化物酶(GSH-px)活性与I/R组相比无显著差异。(3)PostC组脊髓组织MDA含量在再灌注24h和48h明显低于I/R组(P<0.01)。  结论:缺血后处理可通过上调脊髓SOD及CAT活性,从而减轻脊髓缺血再灌注损伤,产生脊髓保护效应。  实验二Part(Ⅰ)氧自由基清除剂MPG可逆转缺血后处理的脊髓保护效应  本研究旨在缺血后处理前后使用氧自由基清除剂,观察其对缺血后处理脊髓保护效应的影响。  方法:雄性新西兰大白兔36只随机分为6组:I/R组(n=6),PostC组(n=6),处理同实验一;I/R+MPG组(n=6),I/R+(D)MPG组(n=6):处理同I/R组,分别在再灌注前后10min时给予2%MPG,按0.5ml·kg-1·min-1速度持续静脉泵注13min;PostC+MPG组(n=6),PostC+(D)MPG组(n=6):处理同PostC组,分别在后处理前后10min时给予MPG,给药方式同上。I/R组和PostC组分别在相应的时间点给等剂量的去离子水。于再灌注48h时对所有动物的后肢运动功能进行评分并行组织病理学评估---脊髓前角正常神经元计数。  结果:(1)再灌注48h处死动物前,由不知分组情况的观察者行后肢运动功能评分。PostC组及PostC+(D)MPG组后肢运动功能评分均显著高于I/R组、I/R+MPG组、PostC+MPG组和I/R+(D)MPG组(P<0.05);而PostC组及PostC+(D)MPG组两组间无明显统计学差异(P﹥0.05);其他四组间相比无显著统计学差异(P﹥0.05)。(2)组织病理学评估显示,再灌注48h时,PostC组脊髓前角正常运动神经元计数明显高于I/R组、I/R+MPG组、PostC+MPG组和I/R+(D)MPG组(P<0.01);PostC+MPG组与I/R组相比无显著差异(P﹥0.05);而PostC+(D)MPG组与PostC组相比无显著差异(P﹥0.05),但明显高于其它四组(P<0.05)。其它四组相比无显著统计学差异。  结论:活性氧族ROS主要在再灌注的早期参与缺血后处理所诱发的脊髓保护作用;延迟给予氧自由基清除剂MPG并不能削弱缺血后处理的脊髓保护作用。  Part(Ⅱ)氧自由基清除剂MPG对缺血后处理脊髓SOD和CAT的影响  本研究旨在观察氧自由基清除剂MPG是否能逆转缺血后处理上调脊髓内源性SOD和CAT的保护效应。  方法:雄性新西兰大白兔24只随机分为4组(每组n=6):I/R组,PostC组,I/R+MPG组,PostC+MPG组。实验步骤及处理处理同Part(Ⅰ)。各组动物在再灌注6h分别行后肢运动功能评分,然后取材,采用分光光度法行脊髓组织中超氧化物歧化酶(SOD)及过氧化氢酶(CAT)活性的测定。  结果:(1)再灌注6h时,PostC组后肢运动功能评分显著高于I/R组(P<0.05);而I/R+MPG组及PostC+MPG组与I/R组相比无明显统计学差异(P﹥0.05)。(2)再灌注6h时,PostC组脊髓组织中超氧化物歧化酶(SOD)及过氧化氢酶(CAT)活性均高于I/R组(P<0.01);而I/R+MPG组及PostC+MPG组与I/R组相比此两种酶的活性无显著统计学差异(P﹥0.05)。  结论:氧自由基清除剂MPG可逆转缺血后处理引起的抗氧化物酶活性的增高,从而抑制了缺血后处理所诱发的脊髓保护效应。  第二部分,mitoKATP开放在缺血后处理中的作用  本实验旨在观察给予特异性线粒体ATP敏感性钾通道(mitoKATP)抑制剂5-HD是否可逆转缺血后处理的脊髓保护作用,从而观察mitoKATP在缺血后处理中的作用。  方法:雄性新西兰大白兔24只随机分为4组:I/R组(n=6),PostC组(n=6),I/R+5-HD组(n=6):处理同I/R组,再灌注前5min静脉注射10%线粒体ATP敏感性钾通道抑制剂5-HD,给药剂量为2ml/kg;PostC+5-HD组(n=6):处理同PostC组,给药方式同I/R+5-HD组。I/R组和PostC组分别在相应时间点给等剂量的生理盐水。再灌注48h时对所有动物的后肢运动功能进行评分并行组织病理学评估---脊髓前角正常神经元计数。  结果:(1)再灌注48h处死动物前,由不知分组情况的观察者行后肢运动功能评分。PostC组后肢运动功能评分均显著高于I/R组、I/R+5-HD组、PostC+5-HD组三组(P<0.05);其他三组间相比无显著统计学差异(P﹥0.05)。(2)组织病理学评估显示,再灌注48h时PostC组脊髓前角正常运动神经元计数明显高于I/R组、I/R+5-HD组和PostC+5-HD组(P<0.01);PostC+5-HD组与I/R组相比无显著差异(P﹥0.05)。  结论:缺血后处理发挥其脊髓保护效应的机制部分可能与线粒体ATP敏感性钾通道(mitoKATP)的开放有关,即抑制mitoKATP的开放可消除缺血后处理的保护作用。  由以上两部分实验结果,我们认为缺血后处理发挥其保护作用的部分机制可能是再灌注早期ROS的适量释放,这些适量的ROS发挥其分子信号的作用从而上调机体内源性抗氧化物酶活性,抑制再灌注后氧自由基的过量生成,减轻脂质过氧化损伤,同时mitoKATP通道的开放也参与了这一保护过程。  结论:1、缺血后处理通过上调内源性抗氧化物酶SOD和CAT的活性,增强了机体清除氧自由基的能力,从而减少氧化性损伤,发挥其脊髓保护效应。2、再灌注早期ROS的适量释放,激活上调内源性抗氧化物酶SOD和CAT的活性,从而介导了缺血后处理的脊髓保护效应。3、缺血后处理诱导对抗脊髓缺血/再灌注损伤的机制部分可能是通过开放线粒体ATP敏感性钾通道(mitoKATP)来实现的。
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