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目的:建立大鼠液压冲击创伤性脑损伤动物模型,利用双向凝胶电泳结合质谱技术,研究在给予亚低温(32-35℃)治疗条件下脑创伤后的大鼠大脑海马组织蛋白质组表达变化的情况,寻找亚低温治疗后的特异性生物标志蛋白。
方法:选取雄性SD大鼠(300-400g)随机分为正常体温组和亚低温组,复制大鼠液压冲击脑创伤动物模型。在经亚低温治疗后分别将正常体温组和亚低温组大鼠处死取大脑海马组织用来提取蛋白质样品。采用双向凝胶电泳技术分析两组大鼠创伤性脑损伤后海马组织中蛋白质组表达的变化情况,寻找差异性蛋白质点。再利用基质辅助激光解吸附飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)分析方法鉴定两组间差异性蛋白质。最后采用蛋白质印迹法检验四种目的蛋白来验证双向凝胶电泳的结果。
结果:1.亚低温治疗可以改善创伤性脑损伤后神经功能的恢复:采用神经系统损伤严重程度评分(Neurological Severitv Scores,NSS)来评估脑创伤后神经功能缺陷的严重程度。在脑创伤后早期正常体温组和亚低温组大鼠在运动、感觉、反射和横梁平衡试验的测试中所得的评分都很高,创伤后1周内神经功能逐渐恢复,在致伤后第7、14、21、28天两组的NSS评分都呈逐渐下降趋势,并且亚低温组较正常体温组的NSS评分明显减低,两组比较有统计学意义(p<0.05)。
2.蛋白质双向凝胶电泳的结果:总共选取六幅双向凝胶电泳的图像(3幅正常体温组,3幅亚低温组),用PDQuest7.0软件进行蛋白质点的自动探测和量化分析。在正常体温组检测到的总蛋白质点数为1238±57,亚低温组为1187±46。在pI值4-9,相对分子量在15-80kD范围内,正常体温组和亚低温组之间有21个蛋白质点的强度存在明显差异。其中有14个蛋白质点在亚低温组中的表达明显低于正常体温组,而其余的7个蛋白质点在亚低温组中表达明显高于正常体温组的表达。(Fig.7,8)
3.MALDI-TOF-MS鉴定差异性蛋白质点的结果:在正常体温组和亚低温组之间的21个差异性蛋白质点中,经质谱分析法鉴定比16个蛋白质点(Fig.13,14),而其余5个属于未知的蛋白质点,被鉴定出来的16个蛋白质点分别为热休克蛋白70(heat shock protein70,Hsp70)、谷氨酸脱氢酶1(glutamate dehydrogenase1)、组织型纤维蛋白溶嗨原激活剂(tissue-type plasminogen activator,t-PA)、神经胶质酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)、神经元特异性烯醇化酶(neuron specific enolase,NSE)、苹果酸脱氢酶(malate dehydrogenase)、磷酸甘油酸变位酶-1(phosphoglycerate mutase-1)、磷酸丙糖异构酶(triosephosphate isomerase)、热休克蛋白27(heat shock protein27,Hsp27)、三磷酸腺苷合酶D链(triosephosphate isomerase D chain)、肌酸激酶(creatine kinase,CK)、前载脂蛋白A-Ⅰ(ApolipoproteinA-Ⅰ precursor,pre-ApoA-Ⅰ)、谷胱甘肽S-转移酶omega1(glutathione S-transferase omega1,GST omega1)、神经胶质成熟因子-β(glia maturation factor-β,GMF-β)、超氧化合物歧化酶[Cu-Zn](superoxide dismutase[Cu-Zn],SOD[Cu-Zn])和脂肪酸结合蛋白(fatty acid-binding protein,FABP)(Table-1)。这些被鉴定出来的16种蛋白质分别参与细胞的新陈代谢、应激、再生等过程。
4.蛋白质印迹法对四种目的蛋白质点进行定量分析的结果:对于蛋白质表达定量水平的测定是通过蛋白质印迹方法测得的。在脑外伤后的大鼠海马组织中我们选择了四个目的蛋白质,包括热休克蛋白70,神经胶质酸性蛋白,前载脂蛋白A-Ⅰ和神经胶质成熟因子-β。与正常体温组相比亚低温组中当前载脂蛋白A-Ⅰ和神经胶质成熟因子-β上调时热休克蛋白70和神经胶质酸性蛋白明显下调,并且这四种目的蛋白在经亚低温治疗后的变化趋势与双向电泳图像分析后所得的蛋白质变化趋势相一致。
结论:1.液压颅脑损伤仪可复制各种分级的脑损伤动物模型。复制的动物模型可以用于创伤性脑损伤的神经病理学和分子机制的研究。
2.亚低温治疗可以引起大鼠创伤性脑损伤后海马组织蛋白质组发生变化。
3.亚低温组和正常体温组大鼠海马组织中检测到的差异性蛋白质可能是具有神经保护作用的生物标志蛋白。从蛋白分子水平对亚低温的神经保护机制进行初步研究,有助于发展创伤性脑损伤的临床治疗新策略。