布美他尼对大鼠脑缺血后轴突再生及功能恢复影响及相关机制研究

来源 :中国医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kingworsebest
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目的:目前脑梗死的治疗仍然是临床上的难点,并且治疗方法有限。对于大多数脑梗死患者而言,神经功能缺失是不可避免的。脑损伤能够促进大脑不同程度的神经功能自我修复,这些修复机制包括神经轴突和树突结构的重组,神经兴奋性的改变,神经发生和血管再生。GABA是成年哺乳动物脑内主要的抑制性神经递质,正常生理条件下,Na+-K+-2Cl-共同转运体1(NKCC1)介导氯离子内流,K+-Cl-共同转运体2(KCC2)介导氯离子外流。更重要的是,局灶性脑缺血后,NKCC1表达上调而KCC2表达下调,因此,脑缺血后神经氯离子稳态的破坏最终导致GABAA介导去极化效应。并且有证据表明,GABAA介导的去极化效应可能通过激活Rho/Rock信号通路最终导致轴突抑制和生长锥的塌陷。袢利尿剂布美他尼,是NKCC1的特异性拮抗剂,有动物实验表明,在脑梗死急性期,布美他尼能够抑制脑水肿,减轻神经细胞及少突胶质细胞的损伤,发挥神经保护作用。新近的研究还发现,在离体缺血的条件下,阻断NKCC1上游的WNK3-SPAK/OSR1调控信号的活性后,脑内NKCC1的表达降低,同时也减少了少突胶质前体细胞的死亡。另外,有文献证实布美他尼能够逆转轴突离断后神经元细胞膜GABAA介导的去极化效应,进而保护和挽救受损的神经元。然而,在脑梗死的恢复期,通过重建并维持细胞膜的氯离子稳态,进而可能逆转GABAA介导的去极化效应,这能否会影响脑缺血后轴突再生并促进神经功能的恢复,目前尚不得而知。因此,本研究的目的是探讨布美他尼对大鼠脑缺血后轴突再生及神经功能恢复的影响以及相关的作用机制。  研究方法:本研究采用雄性Wistar大鼠,体重200-250g,由中国医科大学实验动物中心提供,将大鼠随机分为:假手术组(SHAM组),假手术+布美他尼组(SHAM+BUM组),缺血组(ISC组),缺血+布美他尼组(ISC+BUM组)。根据大鼠脑解剖图谱,用立体定位的方法将内皮素-1(endothelin-1,ET-1)注射到大鼠大脑皮质的运动区及纹状体区而形成局部脑缺血的方法来制作大鼠脑缺血模型。脑缺血14天后,同样使用立体定位的方法向大鼠脑内运动皮层注射生物素化葡聚糖胺(biotinylated dextran amine,BDA)对皮质脊髓束进行顺行示踪标记。于脑缺血术后第7天开始,用立体定位的方法在大鼠侧脑室埋置微量注药系统持续给予布美他尼21天注射治疗。于脑缺血术后第30-32天应用梯形平衡木行走实验,圆筒试验以及粘性标签测试对大鼠患侧肢体运动感觉功能进行评价。以上各组大鼠分别在脑缺血术后第33天用4%多聚甲醛灌注固定,取大鼠脑组织及颈段脊髓组织,用恒冷冰冻切片机进行大脑冰冻切片(片厚30μm)和脊髓切片(片厚50μm和30μm)的制备。应用尼氏染色方法测量缺血组、缺血+布美他尼组之间大脑梗死体积的差异。应用免疫荧光法观测BDA示踪标记的起源于健侧皮层的皮质脊髓束阳性纤维越过脊髓中线支配失神经支配脊髓灰质的延伸情况及相应的vGlut1(突触前标记物)和PSD-95(突触后标记物)的表达情况。并且进行BDA/vGlut1及BDA/PSD-95的双重标记染色。同样用免疫荧光法观测脑缺血后侧脑室持续给予布美他尼21天注射治疗后对梗死侧大脑皮层周边的NKCC1与Nogo-A表达情况的影响。在共聚焦显微镜下获取大鼠脊髓BDA阳性纤维的Z轴方向连续图层后,对轴突纤维进行三维重建,然后使用NIH ImageJ软件对芽生轴突进行追踪描绘和测量,以观测BDA标记的皮质脊髓束纤维的芽生情况。脑缺血术后第33天,使用Western blot法检测大鼠梗死皮层周边的NKCC1,KCC2及BDNF的表达水平情况。数据分析采用统计分析软件SPSS22.0 for windows进行。实验数据以均值±标准差表示。应用单因素方差分析及LSD-t检验来判断差异的统计学意义,P<0.05有统计学差异。  结果:1、脑梗死体积的测量。ISC组、ISC+BUM组之间梗死体积没有明显差异(P>0.05)。2、布美他尼对大鼠脑缺血后皮质脊髓束轴突再生的影响。缺血(ISC)组BDA示踪标记的阳性纤维通过脊髓灰质联合跨过中线的芽生轴突侧枝的总长度较假手术组(SHAM组)及SHAM+BUM组相比明显增加(P<0.01)。而ISC+BUM组的BDA阳性纤维通过脊髓灰质联合跨过中线的芽生轴突侧枝的总长度与缺血组比较又进一步增加(P<0.01)。3、布美他尼对大鼠脑缺血后新芽生轴突突触重塑的影响。缺血组失神经支配侧脊髓前角的突触标记物PSD-95、vGlut1的表达水平较假手术组及SHAM+BUM组明显减少(P<0.01)。而ISC+BUM组失神经支配侧脊髓的突触标记物PSD-95、vGlut1的表达水平较缺血组明显增多(P<0.01)。并且BDA标记的阳性纤维还可以与PSD-95、vGlut1形成共定位双标染色。4、布美他尼能够下调脑缺血后梗死皮层周边NKCC1的表达水平,同时上调KCC2的表达水平。缺血组梗死侧皮层周边NKCC1蛋白的表达较假手术组及SHAM+BUM组明显增多(P<0.01),而布美他尼(ISC+BUM组)能够逆转脑缺血后NKCC1的这种提高(P<0.05)。脑缺血后,梗死皮层周边KCC2蛋白的表达较假手术组及SHAM+BUM组明显减少(P<0.01),而布美他尼(ISC+BUM组)能够逆转脑缺血后KCC2的这种降低(P<0.05)。5、布美他尼能够下调大鼠脑缺血后梗死皮层周边NogoA的表达水平。缺血组梗死皮层周边NogoA阳性细胞数较假手术组及SHAM+BUM组明显增多(P<0.01),而布美他尼(ISC+BUM组)能够逆转脑缺血后NogoA的这种提高(P<0.01)。6、布美他尼能够上调大鼠脑缺血后梗死皮层周边BDNF蛋白的表达水平。缺血组梗死皮层BDNF蛋白的表达较SHAM+BUM组明显增多(P<0.01),而ISC+BUM组梗死皮层BDNF蛋白的表达比缺血组进一步增加(P<0.01)。7、布美他尼能够促进脑缺血后大鼠神经功能的恢复。在平衡木实验中,脑缺血大鼠平衡木的错误百分率明显高于假手术组及SHAM+BUM组(P<0.01),而ISC+BUM组大鼠平衡木的错误百分率明显低于缺血组(P<0.05);在圆筒实验中,缺血组大鼠患侧肢体的触壁率明显低于假手术组及SHAM+BUM组(P<0.01),而布美他尼能够逆转大鼠脑缺血后患侧肢体的使用率的降低(P<0.05)。在粘性标签测试中,缺血组大鼠与对照组比较第一次触碰患侧肢体粘性标签的时间以及除掉粘性标签的时间明显增加(P<0.01),而布美他尼能够降低脑缺血大鼠第一次触碰患侧肢体粘性标签以及除掉粘性标签所需要的时间(P<0.05)。  结论:1、布美他尼促进了大鼠脑缺血后皮质脊髓束轴突的再生以及新生轴突的突触重塑。2、脑缺血后布美他尼可能通过重建并维持细胞内氯离子稳态从而可能抑制去极化GABA效应,进一步克服中枢神经系统内轴突再生的抑制因子,通过这种方式建立了有利的局部微环境来促进大鼠脑缺血后皮质脊髓束轴突的再生。3、布美他尼能够促进脑缺血后大鼠神经功能的恢复。
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