【背景】脓毒症是以系统性炎症反应为特征的感染性宿主反应。脓毒症及其并发症是重症监护病房中最常见的疾病和死亡原因,美国人每年约有750000人患此疾病,平均死亡率29%。脓毒性相关脑病(SE)是由败血症和全身炎症反应(SIRS)引起的脑功能障碍,是重症监护病房中最常见的脑部疾病。认知损害是指大脑的一种或多种功能出现明显的临床异常,这些功能主要有记忆、学习、注意力、大脑思维速度、执行功能、空间视觉能力和智力等。美国医学会杂志(JAMA)上发表的一篇前瞻性队列研究中,首次证明了严重脓毒症愈后并发中度到重度认知损害的几率会增大三倍。而长期的随访研究显示,脓毒症患者的多数认知功能可以恢复,但一些认知功能,如学习能力和记忆力,恢复效果不良。胰岛素生长因子在调节细胞分化增殖、机体生长发育、机体免疫和代谢以及抑制细胞凋亡中均发挥重要作用。IGF-2在出生后几乎不再发挥作用,而IGF-1则继续发挥多种生理作用。脓毒症中的各种炎症介质可以导致循环中IGF-1水平的降低。此外,脓毒症时循环或局部IGFBP的水平增加,会使其结合更多的IGF-1,进而导致循环IGF-1水平和生物学活性的降低。这些均与IGF-1和机体免疫系统之间的交互作用密不可分。有实验表明中老年人多发的认知功能障碍与年龄并无明显的相关性,但与年龄增长过程中GH在体内含量的减少十分相关,此外童年开始的垂体功能减退引起的生长激素缺少,在患者成年后表现出认知缺乏,而给予生长激素替代治疗的患者认知功能在一段时间内得到明显的改善和恢复。此外,他们还发现记忆能力和每日生长激素的平均用药量之间没有明显的相关性,而生长激素诱导的IGF-1的反应性增高比每日GH的用药剂量更能反应GH治疗的效果,说明IGF-1可能是改善认知功能的直接作用分子。此外,在缺氧缺血性脑病研究中发现,新生大鼠缺氧缺血后,血清IGF-1水平和神经元IGF-1的m RNA水平降低。而缺氧缺血后心室内立即注射IGF-1,可以对幼鼠脑部起到保护效应。缺氧缺血发生后24小时和48小时,IGF-1皮下给药后不仅可以起到保护作用,抑制神经细胞的凋亡,并能明显提高长期记忆和认知。这些均提示缺氧缺血后大脑受到的损伤与IGF-1含量的减少密切相关。既然脓毒症时存在认知功能损害,且体内IGF-1含量在脓毒症时减少,而IGF-1的减少在之前所述的几种疾病中与认知功能的下降有密切的关系,那么IGF-1对认知功能改善和大脑保护的作用是否在脓毒症脑病中也有效呢?本研究旨在研究IGF-1在脓毒症引起的皮层损伤中的作用,IGF-1在脓毒症引起的大鼠行为、认知、情绪改变中可能的作用及机制。从而为脓毒症脑病的治疗提供新的思路。【研究目的】1.探讨IGF-1在脓毒症大鼠皮层中的表达变化情况及意义。2.探讨IGF-1在脓毒症大鼠行为、认知和情绪改变中可能的作用及机制【研究方法】1.盲肠结扎穿孔法(CLP)造脓毒症模型,部分大鼠侧脑室定位注射给予IGF-1,研究IGF-1对脓毒症时大脑皮层的作用。神经行为学评分检测脓毒症后神经系统反射的变化情况应用免疫荧光染色和Western bot技术观测脓毒症后皮层中IGF-1表达水平的变化。应用TUNEL法检测脓毒症后皮层细胞的凋亡情况,利用Western bot技术观察皮层细胞caspase-3的表达变化。2.CLP造脓毒症模型,随即开始腹腔给予IGF-1,10天后研究IGF-1对脓毒症时大鼠行为、认知和情绪改变的作用。统计不同组别大鼠术后10天的生存情况,进行生存分析。应用旷场试验、强制性游泳、Morris水迷宫实验、被动逃避实验来检测大鼠脓毒症后行为、情绪、学习和记忆的变化以及IGF-1在其中发挥的作用。3.CLP造脓毒症模型,分5组分别于术后0、6、12、24和36小时开始腹腔给予IGF-1,10天后进行行为学研究。应用旷场试验、Morris水迷宫实验和被动逃避实验来检测IGF-1在大鼠脓毒症后不同时间点给药对学习和记忆的干预效果4.CLP造脓毒症模型,部分大鼠随即腹腔给予IGF-1,12小时后观察海马神经元凋亡,6小时和12小时连续观测海马中凋亡相关分子的表达变化利用TUNEL法观察脓毒症后大鼠海马神经元的凋亡,尼氏染色观察海马神经元数量的变化。应用Western bot技术检测6小时和12小时时海马中Cyt C,caspase-9,TNFR和caspase-8表达水平的变化【实验结果】1.脓毒症大鼠大脑皮层中IGF-1的表达下降,神经反射功能受损,皮层中细胞凋亡增加。而给予外源性IGF-1后,脓毒症大鼠神经反射受损程度减轻,皮层中细胞凋亡减少,提示脓毒症时大脑皮层细胞受损和脑内IGF-1的减少存在相关性。2.IGF-1可能对提高脓毒症大鼠生存率没有明显作用。3.脓毒症大鼠的一般运动能力和对环境的适应能力没有受损,但对环境的记忆、对伤害性刺激的记忆以及空间学习和记忆均受到损伤,此外,脓毒症大鼠存在抑郁样情绪表现。而给予外源性IGF-1后,脓毒症大鼠对环境的记忆、对伤害性刺激的记忆以及空间学习和记忆均有明显的改善作用,但对抑郁样情绪改善不明显。4.CLP术后6个小时内首次给予IGF-1,环境的记忆、伤害性刺激的记忆、空间学习和记忆均能够明显改善,而到12小时之后首次给药,药效显著降低,提示IGF-1改善脓毒症脑病诱发的学习和记忆损害的最佳用药时机可能就是脓毒症病后的早期阶段(12小时以内)。5.CLP术后12小时,大鼠海马神经元的凋亡明显增加,而IGF-1能够明显使凋亡减少。CLP术后6小时,Cyt C和其下游分子caspase-9表达明显增加,但此时TNFR和其下游的caspase-8没有变化,术后12小时,Cyt C和caspase-9表达仍然增加,但此时TNFR和caspase-8的表达也开始增多,而IGF-1能够抑制Cyt C和TNFR的增多。【结论】1.本研究明确了脓毒症期间大脑皮层IGF-1的表达减少,证明了脓毒症期间皮层细胞凋亡增加的现象,而IGF-1在此过程中具有抗凋亡作用。2.通过行为学实验,表明脓毒症可损害大鼠的认知功能,且可诱发焦虑样情绪,给予外源性IGF-1后,大鼠认知功能明显改善,但情绪反应依旧存在,说明IGF-1可能是减轻脓毒症认知后遗症的一种潜在药物。3.IGF-1对大鼠认知功能的保护具有时间相关性,在早期给予IGF-1其保护作用明显,而12小时后保护作用明显减低。4.IGF-1通过细胞色素c和肿瘤坏死因子受体这两条caspase3的上游通路发挥凋亡作用,细胞色素C在脓毒症早期开始增加,肿瘤坏死因子受体的增加晚于细胞色素C,从而解释了为何IGF-1在早期应用保护作用明显。