丙戊酸对大鼠急性脊髓损伤后血管内皮细胞Bcl-2表达的影响

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  730050甘肃兰州市第一人民医院
  
  摘 要 目的:观察丙戊酸(VPA)对大鼠急性脊髓损伤后血管内皮细胞(VEC)Bcl-2表达的影响,探索丙戊酸在脊髓继发性损伤中阻止神经细胞凋亡的作用。方法:Wistar大鼠50只随机分为生理盐水组(NS)组和丙戊酸组(VPA组),螺钉压迫法制成Wistar大鼠脊髓急性损伤模型,于手术后6小时、1、3、5、7天时间点,取以损伤部位为起点的头侧端脊髓1.5cm,采用电镜观察超微结构变化,以免疫组化染色测定Bcl-2的表达。结果:VPA组在伤后各个时间点Bcl-2在VEC的阳性表达均高于NS组(P<0.05),超微结构变化较NS组轻。结论:在急性脊髓损伤后应用VPA可上调血管内皮细胞(VEC)Bcl-2表达,减轻继发性脊髓损伤。关键词 丙戊酸 急性脊髓损伤 血管内皮细胞 Bcl-2
  doi:10.3969/j.issn.1007-614x.2009.09.001
  
  脊髓损伤后大量神经元、胶质细胞和血管内皮细胞死亡,过去人们只重视坏死这一形式,近年来的研究显示神经细胞凋亡是脊髓继发性损伤期的重要病理变化[1~3],研究者采用了许多抗凋亡及营养神经元的措施,但并未能阻止这一过程的发生。本实验采用急性压迫性损伤模型,观察丙戊酸对大鼠脊髓损伤后邻近节段血管内皮细胞的超微结构变化、抗凋亡基因(Bcl-2)的表达规律的影响,探讨丙戊酸在脊髓继发性损伤过程中阻止神经细胞凋亡的作用,为临床有效治疗急性脊髓损伤提供理论依据。
  
  资料与方法
  
  动物分组及模型制备:50只Wistar大鼠(兰州医学院动物室),体重300~350g,雌雄不限,应用抽签法随机分为生理盐水(NS)组和丙戊酸(VPA)组,再按时象又分为:6小时,1、3、5、7天组(各组N=5),用10g/L戊巴比妥钠(30mg/kg)腹腔麻醉,以T[12]棘突为中心备皮,常规消毒,铺无菌手术巾单,取正中纵切口,约1.5cm,咬除T[12]棘突,在椎板正中先用2.8mm的钻头,钻至椎板内层皮质时改用平钻头,当下肢出现轻微跳动时,取出钻头,用直径3.0mm、螺距0.5mm平头金属螺钉攻丝后,旋入同型号的塑料螺钉(中间加人钢丝以便,透视、拍片),当下肢再次出现跳动时开始计算圈数,拧2圈为中度压迫(经透视、拍片证实压迫35%~45%),待动物清醒后,行斜坡法测定神经功能。VPA组伤后30分钟首次按30mg/kg尾静脉注射VPA,12小时后200mg/kg腹腔内注射,每日1次,共7天。NS组同法给予等量NS。
  取材及切片制备:动物在各时象段用10g/L戊巴比妥钠(30mg/kg)腹腔内注射麻醉后,经左心室主动脉插管,剪开右心耳,先灌注200~250ml生理盐水,再用40g/L多桑甲醛200ml灌注,然后切取以受伤部位为起点的头侧端脊髓 1.5cm,用40g/L多桑甲醛固定24小时(超过24小时改用700ml/ L乙醇)。常规石蜡包埋,连续切片,片厚4μm,分别作免疫组化染色,部分动物取距损伤区4~6mm处的新鲜组织1mm3,用25g/L的戊二醛固定,送电镜室包埋。
  检测项目:①透射电镜:采用电子显微镜(JEOUEM-l00CX)观察损伤邻近节段血管内皮细胞超微结构的变化。②免疫组化染色:对标本部分行纵向切片,部分行横向切片,每隔20个层面取3张片,按免疫组织化学染色方法(SP)进行操作,二氨基联苯胺(DAB)显色,苏木精复染。磷酸盐缓冲液(PBS)代替一抗阴性对照,封固后普通显微镜下观察。观察与计数方法:根据基因产物在细胞内表达的部位,按形态测量学方法在高倍镜下计数阳性细胞,计算阳性率。
  统计学分折:采用SPSS8.0软件处理,所有数据以X±S,表示,统计方法采用t检验。
  
  结 果
  
  血管内皮细胞(VEC)超微结构改变:NS组伤后6小时VEC的核周间隙轻度增宽、内质网、线粒体等无明显变化。伤后1天,VEC核周间隙进一步增宽,核膜皱褶形成,细胞核浓缩,核染色质边集,细胞膜上出现小泡,吞饮活动增强,基膜破裂。伤后3天,基底层增厚、重叠、穿孔,VEC内质网、线粒体及核空泡化,细胞器数目减少,VPA组各时间点核周间隙增宽核固缩,细胞器数目减少均较NS组轻。
  免疫组化染色结果:NS组与VPA组在伤后6小时,脊髓灰质出现Bcl-2阳性表达的VEC,伤后1天,Bcl-2阳性表达的VEC增加,3天出现大量BCl-2阳性表达的VEC,伤后5天 Bcl-2阳性表达的VEC逐渐减少,7天时脊髓灰质内仍有一定数量的Bcl-2阳性表达的VEC。两组脊髓灰质中Bcl-2阳性表达的VEC数目随时间延长逐渐增加,约在伤后3天达高峰,之后逐渐减少,VPA组在伤后6小时,1、3、5天时间点脊髓灰質中Bcl-2阳性表达的VEC数目多于NS组(P<0.05)。见表1。
  
  讨 论
  
  脊髓损伤一直是困扰医学界的一大难题,尤其是急性脊髓损伤。临床上急性脊髓损伤患者的截瘫平面可在伤后数日或更长的时间内波及数个节段。这一现象表明,继发性脊髓损伤是脊髓损伤的重要组成部分。近年来随着细胞凋亡概念的提出,已证实中枢神经系统受损后,广泛存在神经细胞的凋亡[4~6]。可见凋亡在继发性脊髓损伤中发挥重要作用。研究表明:在损伤区神经细胞以凋亡和坏死两种方式,而在其相邻近节段以凋亡方式为主。那么是什么原因造成邻近节段神经细胞凋亡呢?Sakurd等[7]通过对兔脊髓损伤模型研究认为,缺血是造成神经细胞凋亡的主要原因。Li等[8]认为凋亡可由多种细胞因子诱发,如细胞内钙的增多可能激活内切酶而形成DNA片段;一氧化氮和氧自由基可能通过氧化作用诱导凋亡;兴奋性氨基酸可通过增加钙离子的内流而诱导凋亡;肿瘤坏死因子(TNF-α)也与凋亡有关。实验证实TNF可诱导培养内皮细胞凋亡[9]。
  Bax基因为凋亡促进基因,Bax蛋白为一可溶性蛋白,主要位于细胞浆中,当凋亡发生时,它即移到线粒体,并与线粒体膜结合[10],线粒体内膜含有多种死亡促进因子(DPE),包括细胞色素C、凋亡诱导因子(AIF)等。Bax蛋白诱导细胞色素C释放。在凋亡抑制蛋白Bcl-2与Bax蛋白均高表达时,即使胞浆中有较高含量的细胞色素C,作为凋亡执行者的Caspase3也不能被激活,这是因为Bcl-2超表达时与Bax形成二聚体,凋亡被抑制,因此Bcl-2与Bax的比例决定细胞凋亡的敏感性。
  Bcl-2是一种胞浆蛋白,在中枢神经系统发育过程中表达水平较高,随着神经系统的逐渐完善,其表达维持在较低水平。研究表明[11],Bcl-2是可诱导基因,通过转基因手段使实验动物过度表达Bcl-2,可以减轻神经损伤,并能有效地阻止细胞凋亡。在脑缺血再灌注损伤中,药物达纳康便是通过利用抑制神经细胞P53蛋白的表达,进而抑制细胞凋亡,明显地减轻了局灶性脑缺血再灌注损伤。这是Bcl-2基因在实际应用上的一个例子[12]。
  VEC为衬贴于血管内腔面的单层扁平细胞,其功能不仅仅是简单的屏障作用,更重要的是内分泌功能,它是机体最大的内分泌腺[13],维持凝血/抗凝平衡等。正常VEC能分泌血管紧张因子的拮抗因子,包括一氧化氮、前列环素等。一氧化氮和前列环素除舒血管外,还能抗凝,对保持血管通畅起重要作用。另外,VEC合成和释放缩血管物质,如内皮素(ET)、血管紧张素II((AngII)等,其中ET分ET-l,ET-2,ET•3。ET-l是目前发现的最强烈的缩血管活性多肤。生理情况下VEC分泌微量ET不足以引起血管收缩,VEC损伤后,ET大量分泌,引起血管痉挛。
  毛细血管内皮细胞受损,最终导致VEC凋亡,致使微循环中许多通路闭塞,导致与神经细胞进行物质交换的血管数目减少,使得用血管足(脚板)与毛细血管直接进行物质交换的星形胶质细胞受损,而胶质细胞又是血液与神经元进行物质交换的桥梁,胶质细胞的大量受损必然造成神经元的损伤。这在时象上与文献报道一致[14]。另外,血-神经屏障的结构基础遭到破坏,将导致血管通透性的增高和组织水肿,致使一些有害物质直接损伤神经胶质细胞。这可能就是为什么临床上早期应用大量抗炎、扩血管药物、抗自由基药物等而并不 能起到很好效果的主要原因。
  本实验表明,急性压迫性脊髓损伤后,邻近节段脊髓的血管内皮细胞Bcll-2强阳性表达在时间和空间上有一定特征,强阳性表达细胞主要分布于灰质,邻近伤端分布较多,伤后6小时出现Bcl-2阳性表达的VEC但数量较少,1天后数量较多,3天达高峰,1周后逐渐下降,VPA组阳性表达的VEC数量在各时间点均较NS组明显增多,具有显著性差异,这表明在损伤早期VPA可上调VEC的Bcl-2表达进而抑制细胞凋亡。
  结论:VPA在急性脊髓损伤早期可明显增加脊髓灰质VEC的Bcl-2阳性表达数目,从而抑制细胞凋亡,减轻脊髓继发性损伤。
  
  参考文献
  1 傅强,侯铁胜,鲁凯伍,等.大鼠脊髓急性损伤后神经细胞凋亡及相关基因表达.中国脊柱脊髓杂志,2001,11(2):92-4.
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  3 冯旭,陈安民,孙正义,等.大鼠慢性压迫性脊髓损伤后凋亡调控相关基因P53的表达变化及意义.中国临床康复,2003,7(32):4328.
  4 Crowe.MJ,Shuman SL,Masters JN,et al.Morphological veidence suggesting apopitosis muclei in spinal cord injury.Soe Neurosci Abstra 1995,21:232.
  5 傅强,侯铁胜,刘善荣,等.大鼠脊髓压迫性损伤后神经细胞的死亡方式.第二军医大学学报,1997,18(6):557.
  6 刘京升,孙正义,董平,等.慢性脊髓压迫及减压后骨骼肌细胞凋亡的实验研究.中国临床康复,2003,7(26):3568.
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  12 Tanaka M,Nakae S,Terry RD,et al.Cardiomyocyte-specific Bcl-2 overexpression attenuates ischemia-reperfusion injury,immune response during acuter rejection,and graft coronary artery disease.Blood,2004,Jul 27.
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