脑缺血再灌注损伤是指脑缺血恢复血液再灌注后,神经损伤和功能障碍反而进一步加重,其发病机制非常复杂,多个因素参与其病理过程,涉及多个环节,包括再灌注时氧自由基爆发、兴奋性氨基酸毒性、炎症反应、细胞凋亡等,相互间构成复杂网络,进而引起一系列级联反应。因此,探索有效防治脑缺血再灌注损伤的药物治疗依然是当今神经科学领域的一个研究重点。丁酸钠(sodium butyrate,NaB)是一种短链脂肪酸盐,在中枢神经系统疾病中发挥抗氧化、抗炎、抗凋亡、改善认知障碍等神经保护作用,但其对脑缺血再灌注损伤的神经保护作用及分子机制尚未完全阐明。本研究以结扎双侧颈总动脉20 min,建立脑缺血小鼠模型,恢复血流再灌注后3 h立即给予不同剂量NaB处理,观察NaB对脑缺血再灌注损伤急性期小鼠的自发活动、脑组织形态学、氧化应激、炎症反应和神经元凋亡的影响,并探讨其可能的分子机制;另外,对脑缺血再灌注损伤小鼠进行为期4 w NaB处理,观察脑缺血损伤恢复期小鼠的认知行为、脑组织病理形态和脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)蛋白表达的变化。第一部分丁酸钠对小鼠脑缺血再灌注损伤急性期的保护作用目的:探讨NaB对小鼠脑缺血再灌注损伤急性期的神经保护作用。方法:以雄性ICR小鼠为研究对象,以结扎双侧颈总动脉20 min,建立小鼠脑缺血模型,双侧颈总动脉再灌注后3 h后立即给予NaB(5 mg/kg和10 mg/kg)灌胃处理。24 h后,检测小鼠的自发活动,处死小鼠,HE染色检测海马神经元损伤,透射电镜检测脑组织超微结构改变,观察NaB对脑缺血再灌注损伤的保护作用。结果:脑缺血再灌注模型组小鼠表现出明显的自发活动改变,脑组织可见明显的神经元损伤和超微结构的改变。与模型组小鼠比较,不同剂量NaB处理组均能减轻脑缺血再灌注所致的脑损伤,其中,10 mg/kg NaB处理组效果更明显。第二部分丁酸钠对小鼠脑缺血再灌注损伤急性期的保护机制目的:探讨NaB对小鼠脑缺血再灌注损伤急性期的神经保护机制。方法:以雄性icr小鼠为研究对象,建立脑缺血再灌注损伤小鼠模型,每组12只小鼠,设立sham组(假手术组),model组(脑缺血再灌注损伤模型组),5nab组(5mg/kgnab)和10nab组(10mg/kgnab)。双侧颈总动脉再灌注后3h给予nab(5mg/kgnab处理组和10mg/kgnab处理组)灌胃处理,24h后处死小鼠,采用硫代巴比妥酸法和黄嘌呤氧化酶法检测脑组织sod活性和mda含量;elisa法检测脑组织il-1β、tnf-α和il-8的含量;tunel染色检测海马神经元凋亡,免疫组化法和westernblot法进一步检测脑组织bcl-2、bax,p-akt和akt的蛋白表达水平。结果:与sham组比较,model组小鼠脑组织mda含量显著升高(p<0.01)、sod活性显著降低(p<0.01)、炎症因子il-1β、tnf-α和il-8水平显著升高(p<0.01),海马区可见tunel凋亡阳性细胞;脑组织bcl-2蛋白表达下调,bax蛋白表达上调,p-akt蛋白表达减少(p<0.05)。与model组比较,nab处理组能够明显增加sod的活性,明显降低mda水平(p<0.01),明显降低il-1β、tnf-α和il-8水平,减少tunel凋亡阳性细胞,上调bcl-2的蛋白表达,下调bax的蛋白表达,上调p-akt的蛋白表达(p<0.01),特别是10mg/kgnab剂量组效果更明显。第三部分丁酸钠对小鼠脑缺血再灌注损伤恢复期的保护作用目的:探讨nab对小鼠脑缺血再灌注损伤恢复期的保护作用。方法:以雄性icr小鼠为研究对象,建立脑缺血再灌注损伤小鼠模型,每组15只小鼠,设立sham组(假手术组),model组(脑缺血再灌注损伤模型组),nab组(10mg/kgnab),双侧颈总动脉再灌注后给予nab灌胃处理,每天处理1次,连续4w。采用morris水迷宫检测小鼠空间学习与记忆能力,行为学测试后处死小鼠,通过nissl染色检测脑组织病理学改变,免疫组化和westernblot法检测脑组织bdnf蛋白表达水平。结果:与sham组比较,morris水迷宫实验结果显示:model组小鼠逃避潜伏期明显延长(day3,p<0.05;day4和day5,p<0.01),在目标象限停留的时间明显减少(p<0.05);nissl染色显示:model组小鼠nissl小体数量减少,神经元胞体变小,神经元严重变性;westernblot和免疫组化结果显示:脑组织bdnf蛋白表达减少(p<0.01)。与model组比较,morris水迷宫实验结果显示:nab处理组小鼠逃避潜伏期较模型组小鼠明显缩短(day4和day5,p<0.01),在目标象限停留时间较model组小鼠明显延长(P<0.05);Nissl染色显示:NaB处理组小鼠海马区神经元病理形态变化明显改善;Western blot和免疫组化结果显示:NaB处理组小鼠脑组织BDNF蛋白表达显著增加(P<0.05)。结论1.NaB减轻了小鼠脑缺血再灌注损伤急性期的神经行为学改变,脑组织病理学改变和超微结构的改变,NaB在脑缺血再灌注急性期具有神经保护作用。2.NaB在小鼠脑缺血再灌注损伤急性期发挥神经保护作用与抗氧化、抗炎和抗凋亡的机制有关,其中抗凋亡机制可能通过激活PI3K/Akt途径,上调抗凋亡Bcl-2蛋白表达和下调促凋亡Bax蛋白表达。3.NaB能够改善小鼠脑缺血再灌注损伤恢复期的空间学习和记忆能力,减轻脑组织病理学改变和上调BDNF蛋白表达,NaB在脑缺血再灌注恢复期具有神经保护作用。