自噬参与低氧后处理对成年大鼠短暂全脑缺血的保护作用

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背景与目的:大鼠短暂全脑缺血可引起特定区域如海马的神经元发生延迟死亡。机体在短时间内暴露于非致死性的损伤因素,如非损伤性的缺血、皮层扩布性抑制、短暂性癫痫发作、麻醉剂吸入、低剂量的脂多糖内毒素等,可减轻后续的严重性、致死性的缺血或缺氧损伤,此为缺血耐受。在致死性的缺血再灌注之后的一定时间内,给予一次或者多次短暂缺血再灌注,使脑组织对致死性的缺血产生耐受,此为脑缺血后处理。作为一种脑缺血后处理的方式,低氧后处理发挥神经元保护作用的机制尚不清楚。我们先前应用TUNEL法研究结果显示,成年大鼠tGCI再灌注24小时开始出现神经细胞凋亡,再灌注48小时凋亡细胞增多,再灌注7天凋亡细胞数下降。自噬是否参与短暂全脑缺血所致的神经元损伤,低氧后处理是否通过调节自噬发挥神经保护作用,尚不清楚。本研究检测自噬相关蛋白LC3、LAMP2、Cathepsin D在短暂全脑缺血和短暂全脑缺血-低氧后处理后海马CA1区的表达变化,以及观察电镜下自噬体的形成,阐明自噬是否参与低氧后处理对短暂全脑缺血的保护作用。材料与方法:选取体重为250-300g的成年雄性Wistar大鼠。低氧后处理采用在密闭防潮箱内持续通入8%O2+92%N2混合气体。全脑缺血模型采用Pulsinelli经典的四血管阻塞模型。采用电镜观察神经元内超微结构的变化及自噬体的形成,采用免疫组化、Western blot检测自噬相关蛋白LC3、LAMP2、Cathepsin D在短暂全脑缺血和低氧后处理后海马CA1区的表达变化。结果:(1)电镜下Sham组神经元核膜完整,核内染色体淡染,胞浆可见丰富的粗面内质网和形态正常的线粒体。tGCI组再灌注26小时,胞浆内线粒体肿胀,并出现少量自噬体,可见部分自噬体内的胞浆成分已降解,呈高电子密度。在再灌注50小时,胞浆内自噬体明显增多。再灌注7天,细胞器崩解,组织坏死,未见正常的细胞结构。HPC组,细胞结构尚完整,可见胞核、线粒体、溶酶体等细胞器,并见少量的双层膜自噬体。(2)LC3免疫阳性成分在短暂全脑缺血后,局部聚集,给予低氧后处理,LC3均匀分布至胞浆。Western blot结果显示,tGCI组LC3-Ⅱ/Ⅰ逐渐升高,在再灌注50小时,达到高峰(p <0.05)。(3)Sham组LAMP2免疫反应阳性细胞在锥体细胞层呈圆形、卵圆形(神经元样),多形层、分子层的免疫阳性细胞呈梭形、星形(胶质细胞样)。单纯低氧后24小时,神经元样细胞数明显增多,差异有统计学意义,缺血后4小时,神经元样细胞数一过性增多,至缺血后168小时,低于Sham组水平(p <0.05)。给予tGCI鼠低氧后处理后,神经元样细胞数在低氧后24小时、6天与对应时间点的tGCI组比较,变化不明显(p>0.05),低氧后0小时低于对应时间点的tGCI组(p <0.05)。单纯低氧后0小时、24小时,胶质细胞样细胞数无明显变化(p>0.05)。在再灌注0小时,即开始增多,在再灌注50小时达高峰,并维持至再灌注7天,差异均有统计学意义(p <0.05)。tGCI后给予低氧后处理,低氧后6天胶质细胞样细胞数较对应时间点的tGCI组增多(p <0.05)。Western blot结果显示,单纯低氧后24小时,LAMP2表达增多(p <0.05);tGCI后,在再灌注0小时升高。在4小时、26小时、50小时均无明显变化,在低氧后0小时、24小时,与对应时间点的tGCI组比较,差异无统计学意义。(4)Sham组海马CA1区Cathepsin D免疫反应阳性细胞胞体大而圆,分子层突起长而明显。与Sham组比较,单纯低氧0小时、24小时变化不明显。在tGCI组,阳性细胞的光密度值在再灌注0小时、50小时、168小时降低,差异均有统计学意义;在再灌注4小时至26小时,维持在Sham水平;tGCI后,给予低氧后处理后24小时、6天,Cathepsin D表达量升高,均恢复至Sham水平,与相应时间点的tGCI组比较,p <0.05。Western blot结果显示与Sham组比较,单纯低氧0小时、24小时略升高,但差异无统计学意义;tGCI后,在再灌注0小时达到高峰,并维持至26小时,在再灌注50小时降低至Sham水平;tGCI后给予低氧后处理,在低氧后0小时,与对应时间点的tGCI组比较,差异无统计学意义,在低氧后24小时,与对应时间点的tGCI组比较,略升高,但差异仍无统计学意义。(5)LAMP2免疫荧光双标显示,Sham组LAMP2主要在小胶质细胞表达,在CA1腹内侧主要在神经元胞浆表达。tGCI组再灌注7天,LAMP2主要在小胶质细胞表达。结论:(1)自噬在短暂全脑缺血后激活,降解减少,可能与神经元死亡有关。(2)低氧后处理促进缺血后自噬降解,可能与HPC诱导的神经保护作用有关。(3)小胶质细胞内溶酶体激活可能参与低氧后处理对短暂全脑缺血的保护作用。
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