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缺血性脑血管病以其高发病率和高死亡率而严重危害着人们的健康。迅速溶栓进行再灌注是治疗的关键。但快速溶栓会引起脑组织继发性的损害,其主要原因是血脑屏障(blood brain barrier,BBB)通透性遭到破坏。BBB破坏严重,会加重脑水肿。因此应用一种能够降低缺血再灌注后BBB通透性的药物,对于改善临床脑缺血患者的预后是非常有益的。
促红细胞生成素(erythropoietin,EPO)是一种主要由肾脏分泌的糖蛋白,其主要作用是调节血液中红细胞的生成。最近研究发现,在正常人脑和缺血脑组织的神经胶质细胞、神经元和内皮细胞均有EPO及其受体表达。利用创伤性脑损伤及缺血再灌注动物模型研究发现,EPO具有神经保护作用,可以减小脑梗死体积,使BBB通透性下降,减轻脑水肿程度。目前,关于EPO保护缺血再灌注后BBB的作用机制尚不清楚。
紧密连接(tight junction,TJ)是保持BBB完整性的重要结构和功能基础。TJ相关蛋白ZO-1、occludin、claudin-5是目前研究TJ的标志蛋白,他们的变化直接影响TJ的状态,进而影响BBB的通透性。研究已经证明,脑缺血时TJ相关蛋白ZO-1、occludin、claudin-5表达均减少,TJ完整性下降,细胞旁通透性增加,直接导致血管源性脑水肿的发生。
泛素-蛋白酶体途径(ubiquitin-proteasome pathway,UPP)是细胞内蛋白质选择性降解的途径,26S蛋白酶体在这一降解通路中起重要作用。26S蛋白酶体由20S核心蛋白酶和19S调节颗粒组成。20S又由2个α亚基和2个β亚基构成,其中α亚基主要用于底物的识别,并促使底物进入水解中心。在受刺激的细胞中,核转录因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)的抑制因子α亚基(IκBα)形成多聚泛素化并被降解,从而使NF-κB活性增强。肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor alpha,TNF-α)是一种前炎性细胞因子,与多种疾病的发生有关。同时也是NF-κB调节的物质之一,NF-κB使其表达活性增强。近年研究发现,TNF-α具有调节TJ相关蛋白表达和降解的作用,因此可以改变BBB通透性。
本研究应用脑缺血再灌注大鼠模型,腹腔注射EPO,研究脑缺血再灌注后,EPO对BBB通透性的影响及其可能的作用机制。
方法:
1、大鼠局灶性脑缺血再灌注模型的制备。
2、应用激光多普勒血流仪检测血流变化。
3、氯化三苯基四氮唑(2,3,5-triphenyltetrazolium chloride,TTC)染色法检测脑梗死体积百分比,观察脑组织损伤情况及EPO的影响。
4、伊文氏蓝(evans blue,EB)检测EPO对脑缺血再灌注BBB通透性的影响,透射电镜观察脑微血管内皮细胞间TJ的状态。
5、RT-PCR法检测EPO对缺血再灌注脑组织微血管段的TJ相关蛋白ZO-1、occludin、claudin-5和TNF-α mRNA表达的变化。
6、免疫组织化学法检测EPO对脑缺血再灌注后TJ相关蛋白ZO-1、occludin和claudin-5分布和表达的作用。
7、免疫组织化学方法和免疫组织荧光方法检测EPO对脑缺血再灌注脑组织中20Sα、IκBα分布和表达的作用。
8、Western blot法检测EPO对脑缺血再灌注脑组织微血管段的TJ相关蛋白ZO-1、occludin、claudin-5及20Sα和IκBα表达的调节作用。
9、ELISA法检测EPO对脑缺血再灌注脑组织微血管段的TNF-α浓度的影响。
结果:
1、脑缺血再灌注3h、72h,EPO使大鼠脑梗死体积显著降低。
2、脑缺血再灌注3h、72h,缺血区脑组织微血管内皮细胞间TJ开放,BBB通透性显著升高;EPO基本恢复了TJ的完整性,使BBB通透性显著下降。
3、脑缺血再灌注3h、72h,缺血区脑组织微血管段的TJ相关蛋白ZO-1、occludin和claudin-5 mRNA及其蛋白表达显著下降,EPO使三种蛋白表达显著升高,并沿脑微血管分布明显增多。
4、脑缺血再灌注3h、72h,缺血区脑组织微血管段的TNF-α mRNA表达上调及浓度升高,EPO显著下调TNF-α mRNA表达水平并降低其浓度。
5、脑缺血再灌注3h、72h,缺血区脑组织微血管段的20Sα蛋白表达和活性显著升高,EPO使20Sα的表达显著降低。
6、脑缺血再灌注3h、72h,缺血区脑组织微血管段的IκBα蛋白表达显著降低,EPO显著抑制缺血再灌注引起的IκBα蛋白表达上调。
结论:
1、脑缺血再灌注后BBB通透性呈现双峰时相变化,3h和72h分别是BBB通透性最高点,EPO能够显著降低脑缺血再灌注后BBB的通透性。
2、脑缺血再灌注后脑微血管内皮细胞间TJ开放,TJ相关蛋白ZO-1、occludin和claudin-5的表达水平显著下调;EPO能够诱导TJ关闭,显著上调TJ相关蛋白ZO-1、occludin和claudin-5的表达水平。
3、EPO显著下调脑缺血再灌注后缺血区脑组织微血管段20Sα,的蛋白表达;显著上调IκBα蛋白的表达;显著下调TNF-α mRNA的表达水平,显著降低TNFα的蛋白浓度,提示UPP/NF-κB/TNF-α信号途径可能参与了EPO对缺血再灌注后BBB的保护作用。