难治性癫痫患者脑内HIF—1α与多药耐药基因1表达的相关性及其意义

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  【摘要】 目的:探讨难治性癫痫患者脑内缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)与多药耐药基因1(MDR1)的表达情况、相关性及其意义。方法:收集9例难治性癫痫组手术切除脑组织标本及7例对照组脑组织标本,采用免疫组织化学染色方法检测HIF-1α和MDR1的表达情况,并分析HIF-1α与MDR1表达阳性率的相关性。结果:HIF-1α在难治性癫痫组脑组织中的阳性表达率77.8%(7/9)明显高于对照组的14.3%(1/7);MDR1在难治性癫痫组脑组织中的阳性表达率66.7%(6/9)明显高于对照组的14.3%(1/7),比较差异均有统计学意义(P<0.05);难治性癫痫组脑组织中HIF-1α与MDR1的表达呈正相关(r=0.76,P<0.05)。结论:难治性癫痫患者脑内HIF-1α和MDR1表达升高,且两者呈正相关。HIF-1α可能通过调控MDR1基因表达而参与难治性癫痫的形成。
  【关键词】 缺氧诱导因子1α; 多药耐药基因1; 难治性癫痫
  癫痫是一组由大量神经元反复发作的异常放电而引起的、以中枢神经系统短暂性功能失常为特征的慢性脑部疾病。70%~80%癫痫患者经系统、正规应用抗癫痫药治疗可获得长期缓解,其余20%~30%患者的发作不能得到有效控制,成为难治性癫痫(refractory epilepsy,RE)或称耐药性癫痫[1]。难治性癫痫的形成原因复杂,涉及多种因素,如遗传因素;多种癫痫发作类并存,某些癫痫类型如婴儿痉挛症、脑部器质性病变等[2]。多药耐药基因1(multidrug resistance gene 1,MDR1)作为人体内主要的药物转运蛋白P-糖蛋白(P-glycoprotein,P-gp)的编码基因,是首个被发现与难治性癫痫有关的基因,该基因的高表达是难治性癫痫形成的重要生物学基础。目前,难治性癫痫脑组织中MDR1高表达的机制研究广受关注,如有研究发现MDR1基因的多态性可引起MDR1表达异常;还有研究者认为痫性发作本身也可引起P-gp表达升高。但是。从MDR1基因的调控通路角度探讨P-gp升高的机制,国内外研究较少。有研究发现在MDR1基因启动子上存在功能性的缺氧诱导因子1α(hypoxia induced factor 1α,HIF-1α)结合位点,缺氧时,HIF-1α可通过调控MDR1基因诱导MDR1/P-gp的表达增加[3]。由于癫痫发作时出现大量神经元的异常放电,耗氧量增加,存在大脑局部微环境缺氧。但是,难治性癫痫患者脑内HIF-1α和MDR1的表达情况及两者的联系有待研究。本研究采用免疫组织化学方法检测难治性癫痫患者脑组织中HIF-1α和MDR1的表达情况,分析HIF-1α与MDR1表达阳性率的相关性,以期在体探讨HIF-1α在难治性癫痫发生机制中的作用,为难治性癫痫治疗寻找新的靶点。
  1 资料与方法
  1.1 一般资料 选取2011年在山东大学附属省立医院神经外科诊断为难治性癫痫且进行手术治疗的9例患者作为难治性癫痫组,所有患者均符合吴逊、沈鼎烈等(1998)提出的标准,其中男5例,女4例,平均(39.56±13.56)岁,癫痫病史4~13年,发作类型为:复杂部分性发作3例,复杂部分性发作继发全部性发作2例,强直-阵挛发作1例,阵挛性发作2例,失神发作1例。同时另选取7例非癫痫患者作为对照组,其中男5例,女2例,平均(35.71±12.24)岁,脑血管畸形4例,脑外伤手术3例,入组标准:(1)无癫痫或热性惊厥等病史;(2)无肿瘤病史;(3)无阳性癫痫家族史;(4)无其他严重的慢性神经系统进行性疾病等。以上受试对象均对本研究签署知情同意书。两组患者的性别、年龄等一般资料比较差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。
  1.2 主要试剂与仪器 Mdr-1小鼠抗人单克隆抗体、HIF-1α小鼠抗人单克隆抗体(santa cruz);免疫组化染色试剂盒SP-9002(北京中杉金桥生物技术公司);光学显微镜Olympus CH-20(Olympus);数显恒温水浴箱(江苏省常州国华公司)。
  1.3 研究方法
  1.3.1 免疫组化 受试对象手术后立即取其大脑组织标本,其中难治性癫痫组脑组织的取材部位尽量在癫痫波异常放电的中心区。所有标本均经4%中性甲醛固定,常规脱水,石蜡包埋,采用SP-9002免疫组化染色试剂盒行免疫组织化学染色,操作按照说明书要求进行。以PBS缓冲液代替一抗作为阴性对照。
  1.3.2 结果判断标准 HIF-1α和MDR1阳性表达以细胞膜和/或细胞浆中出现清晰棕褐色颗粒为准,采用半定量评分系统进行判定。根据参考文献[4]的判断方法如下:每例均高倍镜下(×400)随机选择5个视野,每个视野计数100个细胞,取平均值,用半定量积分法判断结果,阴性为0分,阳性细胞<25%为1分,26%~50%为2分,51%~75%为3分,阳性细胞>75%为4分。阳性强度黄色为1分,棕黄色为2分,棕褐色为3分。两者积分相乘,0~1分为阴性(-),2~4分为弱阳性(+),5~8分为中度阳性(++),9~12分为强阳性(+++),(-)界定为阴性表达,(+)~(+++)判为阳性表达。
  1.4 统计学处理 用SPSS 11.0 for Windows软件进行数据分析,计量资料用(x±s)表示,比较采用t检验,方差不齐时采用Mann-Whitney 秩检验,计数资料采用 字2检验,相关研究采用Spearman等级相关分析,双侧检验,以P<0.05为差异有统计学意义。
  2 结果
  2.1 两组脑组织中HIF-1α的表达比较 两组脑组织中HIF-1α阳性染色呈弥漫分布,主要分布于星形胶质细胞和神经元的胞浆内,见图1。HIF-1α在难治性癫痫组脑组织中的阳性表达率77.8%(7/9)明显高于对照组的14.3%(1/7),比较差异有统计学意义(字2=6.35,P<0.05)。   注:阳性细胞为棕褐色
  2.2 两组脑组织中MDR1的表达比较 免疫组化结果显示MDR1阳性染色在两组脑组织中主要定位于细胞胞浆及细胞膜中,见图2。难治性癫痫组脑组织MDR1阳性表达率为66.7%(6/9),对照组脑组织阳性表达率为14.3%(1/7),比较差异有统计学意义(字2=4.39,P<0.05)。
  注:阳性细胞为棕褐色
  2.3 难治性癫痫组脑组织中HIF-1α和MDR1阳性表达的关系 经Spearman等级相关分析,HIF-1α和MDR1在难治性癫痫组脑组织中的表达呈正相关关系(r=0.76),比较差异有统计学意义(字2=5.14,P=0.02),见表1。
  3 讨论
  难治性癫痫是最棘手的临床问题之一,其发生机制至今尚未完全明确。癫痫的长期反复发作,不仅使患者不断遭受躯体痛苦,而且在一定程度上导致患者心理障碍及引起一系列社会问题[5]。目前难治性癫痫的治疗方法有使用新型抗癫痫药及手术治疗等,但效果均不佳或手术存在后遗症。因此,阐明难治性癫痫的耐药机制,寻找新的药物靶点,成为国内外癫痫工作者研究的热点和难点。
  目前认为MDR1的高表达是难治性癫痫发生的重要基础[6]。但是,难治性癫痫患者MDR1高表达的分子机制是什么?至今尚未明了,这是本项目研究的切入点。从基因表达调控的角度探讨难治性癫痫的形成机制将是未来难治性癫痫研究的重要发展方向。近年来,缺氧诱导因子(hypoxia inducible factor 1,HIF-1)对MDR1基因的调控作用受到人们的关注。1992年Semenza和Wallg在低氧的肝癌细胞株HeP3B细胞的核提取物中发现一种蛋白特异性地结合于红细胞生成素(EPO)基因增强子的寡核苷酸序列,命名为缺HIF-l。HIF-1由缺氧诱导产生,是唯一在特异性缺氧状态下发挥活性的异源二聚体转录因子,它由α和β两种亚基聚合而成,其中HIF-1β是结构性亚基,不论低氧或是常氧,它的mRNA和蛋白表达水平都保持在一个恒定水平;HIF-1α是唯一的氧调节亚单位,它决定HIF-1的活性,氧对HIF-1活性的调节主要通过该亚基,它的cDNA全长为3720 bp,开放阅读框2478 bp,位于14号染色体(14q21-q24),编码826个氨基酸。HIF-lα是主要的调节及活性亚基,由氧浓度严格调控,常氧下,通过泛素-蛋白酶体途径被迅速降解,表达量少;而在低氧条件下,HIF-lα的泛素化和降解过程受抑制,在胞内积聚、稳定并转位,由胞浆进入胞核,在胞核内与HIF-1β形成二聚体,HIF复合体形成后即转录激活,激活的HIF复合体与缺氧反应基因的缺氧反应元件低氧反应元件(hypoxic response element,HRE)上的HIF-1结合位点结合,促进下游靶基因如MDR1、p53的转录,引发细胞对缺氧的一系列适应性反应[7-8]。Wartenberg等[9]在体外研究中发现缺氧微环境可上调P-gp表达,且需要HIF-1α的参与,进一步研究发现,在MDR1基因启动子上存在功能性的HIF-1α结合位点,缺氧时,HIF-1α可通过调控MDR1基因诱导MDR1/P-gp的表达增加[10-11]。另外,有研究者在乳腺癌细胞采用反义寡核苷酸封闭HIF-1α表达后,可明显抑制缺氧诱导的MDR1表达,这些证据显示,人体内在缺氧环境下存在HIF-1α对MDR1基因表达调控的通路。
  由于癫痫发作时出现大量神经元的异常放电,则会伴有能量消耗,耗氧量也就增加,另外,难治性癫痫脑组织中存在与脑缺氧缺血性疾病一致的病理改变,如神经元退行性损伤和星形胶质细胞反应性增生,因此,难治性癫痫存在大脑局部微环境缺氧是明确的[11]。本课题假定癫痫发作→缺氧→HIF-1α的产生→MDR1基因表达→P-gp上调→大脑细胞内药物浓度下降→耐药这一连串变化参与了难治性癫痫的形成。
  本研究收集了难治性癫痫组手术切除脑组织标本及对照组脑组织标本,通过在体研究,采用免疫组织化学染色方法检测难治性癫痫患者脑组织HIF-1α和MDR1的表达情况,并分析了HIF-1α和MDR1表达阳性率的相关性。结果发现:HIF-1α在难治性癫痫组脑组织中的阳性表达率明显高于对照组(P<0.05);MDR1表达产物P-gp在难治性癫痫组脑组织中的阳性表达率明显高于对照组(P<0.05);难治性癫痫组脑组织中HIF-1α与MDR1表达产物P-gp的表达呈正相关(r=0.76)。
  总之,本研究得出的初步结论是:难治性癫痫患者脑内HIF-1α与MDR1高表达相关;HIF-1α可能通过调控MDR1基因表达而参与难治性癫痫的形成;HIF-1α可能是难治性癫痫治疗的新靶点。但是,由于对难治性癫痫的手术治疗存在偏见,我省开展的难治性癫痫手术治疗病例较少,因此获取大量的难治性癫痫患者脑组织标本较困难,本课题仅对9例难治性癫痫组患者进行研究,样本量小,是本研究的不足之处,有待扩大样本量作进一步研究,也有待于进一步开展难治性癫痫的动物模型、细胞膜型研究,以验证本研究得出的初步结论。
  参考文献
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  (收稿日期:2013-12-16) (本文编辑:欧丽)
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