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背景
脑缺血损伤后神经细胞变性、坏死是引发神经功能障碍的关键。突触结构和功能的改变是脑功能重组重要的物质基础,是神经保护和修复最基本的单元。近年来,采取延缓脑缺血后神经元损伤的进程,挽救缺血半暗带区未损伤的神经细胞,促进新的突触结构重建和神经细胞的再生及修复,成为研究缺血性脑血管病的热点。骨髓间充质干细胞(Bone marrow stromal cells,BMSCs)具有多向分化的潜能,经外周血管移植入体内,与宿主细胞具有很好的相容性,并随着时间的推移向脑缺血灶不断迁移,使缺血区的神经细胞因子及相关蛋白表达增多,且缺血区相对应的神经功能也得到恢复,显示出良好的临床应用潜力。前期的临床和实验研究结果表明,减轻脑缺血损伤中具有显著疗效的脑脉通在促进 BMSCs 向缺血损伤半暗带区移植,突触结构的重建和神经元的再生修复方面表现出一定的优势。突触素-38(SYN-38)和突触后致密物质-95(PSD-95)是突触重建的标志性蛋白,能较好的反应突触结构重建和神经元的再生情况。鉴于上述,开展脑脉通联合骨髓间充质干细胞移植对脑缺血大鼠神经细胞中SYN-38和PSD-95的影响的研究具有重要的意义。
目的
1.以SD大鼠为研究对象,建立大鼠左侧大脑中动脉缺血再灌住损伤动物模型,观察脑脉通联合骨髓间充质干细胞移植在 1w、2w、4w三个时间点对大鼠脑缺血损伤后脑组织病理变化的影响,探讨脑脉通联合 BMSCs 移植在大鼠脑缺血损伤后对脑组织的保护作用。
2.采用免疫组化法检测脑脉通联合骨髓间充质干细胞移植对大鼠脑缺血损伤后 1w、2w、4w 三个时间点脑组织中 SYN-38 和 PSD-95 蛋白表达变化,探讨脑脉通联合 BMSCs 移植对脑缺血损伤后突触结构重建和神经细胞再生修复的作用机制。
3.采用Western Blot法检测脑脉通联合骨髓间充质干细胞移植对大鼠脑缺血损伤后 1w、2w、4w 三个时间点脑组织中 SYN-38 和 PSD-95 活性变化,探讨脑脉通联合 BMSCs 移植对脑缺血损伤后突触结构重建和神经细胞再生修复的作用机制。
方法
本实验选用190只3月龄(300±50)g雌雄各半的SD大鼠,将其按随机数字表法三次随机分组。一次:分为假手术组( A)与手术组,假手术组大鼠10只,手术组大鼠180只,手术组采用线栓法阻塞左侧大脑中动脉制作脑缺血再灌注损伤模型;二次:手术组根据干预方式分为模型组(B)、BMSCs移植组(C,简称移植组)、脑脉通组(D)、BMSCs移植联合脑脉通组(E,简称联合组),各组大鼠45只;三次:每手术组根据取材时间点不同各分为 1w和2w及4w组,即模型组的B1w、B2w、B4w组,移植组的C1w、C2w、C4w组,脑脉通组的D1w、D2w、D4w组,联合组的E1w、E2w、E4w;其中每组大鼠为15只。
1 运用光镜观察模型组、脑脉通组、BMSCs移植组以及联合组大鼠脑组织在1w、2w、4w的病理变化。
2 运用免疫组化法检测 SYN-38和PSD-95在模型组、脑脉通组、BMSCs移植组以及联合组大鼠1w、2w、4w的蛋白表达变化。
3 运用蛋白免疫印迹法(Western Blot)技术检测SYN-38和PSD-95在模型组、脑脉通组、BMSCs移植组以及联合组大鼠1w、2w、4w的蛋白活性变化。
结果
1 HE 染色光镜下观察脑脉通联合骨髓间充质干细胞移植对脑缺血损伤后的病理变化的影响
假手术组神经元胞体核膜、核仁清晰,周围无水肿,胶质细胞完好,神经纤维走形一致。血管内壁光滑完整,管壁间隙小。模型 1w 组组织结构轻度损伤。模型2w组大鼠缺血区神经细胞核膜、核仁模糊,皮层神经细胞损伤范围较1w组扩大,水肿程度加重,神经纤维水肿程度加深,走行紊乱,部分胶质细胞集聚,小坏死灶皮层下可见形成,血管结构破坏,内膜粗糙。模型4w组与模型组2w相比,水肿程度减轻,细胞坏死、变形减少;神经纤维走行紊乱;血管管腔受压、变形,可见周围明显水肿区域,皮层下可见不同形态的坏死灶形成,破损的血管结构较模型组2w相比修复可见,新生的毛细血管数量增加明显。移植组1w大鼠的组织结构改变与模型组1w相比不明显;移植2w组大鼠神经细胞坏死、血管水肿程度减轻,血管壁结构较模型组2w完整,毛细血管丰富;移植4w组大鼠神经细胞变形、坏死明显减少,毛细血管与其 2w 组比较增多,血管周围组织水肿减轻;脑脉通1w组较模型1w组相比,神经细胞和血管周围水肿程度减轻,神经元细胞部分出现胞浆深染、神经纤维轻度水肿,部分走行清晰可见,血管结构保持一定的完整性,血管内皮细胞呈梭形分布;脑脉通 2w 组神经细胞发生变性、坏死的程度较1w组减轻,与模型2w组相比,受损神经细胞范围减小,血管周围可见少量的梗死灶形成,血管周围轻度水肿,血管壁部分不完整,毛细血管增多;脑脉通 4w 组少部分神经元胞体固缩、胞浆深染,神经细胞周围组织水肿改善,神经纤维排列部分均匀,血管结构内膜修复可见,管周水肿减轻明显,新生毛细血管较多。联合 1w组神经元细胞和胶质细胞损伤程度较脑脉通 1w组和移植1w 组减轻更明显;联合2w组与1w组相比,神经细胞数量增多,神经纤维排列走形基本一致,小血管丰富;联合4w组比2w组改变更加显著。
2 脑脉通联合BMSCs移植对脑缺血大鼠神经细胞中SYN-38和PSD-95蛋白表达的影响
实验二免疫组化研究结果:从整体上看,与假手术组比,SYN-38 表达在模型1w、2w和4w组均显著降低(P<0.05)。模型1w、2w、4w组SYN-38的表达呈抛物线形,2w表达到高峰,4w表达下降;移植、脑脉通、联合2w、4w组SYN-38表达较其1w组增强(P<0.05)。与模型组相比,移植组、脑脉通组和联合组各时间点SYN-38的表达均有所增高(P<0.01,P<0.05)。同一时间点相比,联合1w、2w组和4w组SYN-38表达分别较移植组、脑脉通增高,4w最显著(P<0.05)。PSD-95表达规律与SYN-38基本相似。
3 脑脉通联合BMSCs移植对脑缺血大鼠神经细胞中SYN-38和PSD-95蛋白活性的影响
实验三Western Blot结果:与假手术组比较,PSD-95活性表达在模型组1w、2w 和 4w 减弱,随着缺血再灌注时间的延长,减弱更显著(P<0.01);同一组内各时间点的比较,模型组2w PSD-95活性表达较其1w增强(P<0.05),且达到高峰、4w呈下降趋势;脑脉通组、移植组和联合组2w和4wPSD-95活性表达较其组 1w 增强,且呈逐渐增强趋势,4w 活性最强(P<0.05);不同组间同一时间点比较,与模型组比较,移植组、脑脉通组和联合组 1w、2w 和 4wPSD-95 活性表达均增强(P<0.01,P<0.05),且联合组4w最强。SYN-38活性增强规律与PSD-95基本一致。
结论
脑脉通和 BMSCs 移植联合应用,能较好地减轻脑组织缺血损伤后的病理改变,促进脑缺血大鼠神经细胞中 SYN-38、PSD-95的蛋白表达及增强其活性,与时间递增呈现出一种增强趋势,且时间越长作用程度越显著,说明脑脉通联合BMSCs 移植具有促进脑缺血损伤后脑组织的突触结构的重建和神经细胞的再生修复,突触结构重建和神经细胞再生修复可能是脑缺血损伤后的作用机制之一。