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外伤性脊髓损伤(traumaticspinalcordinjury,SCI)是目前最常见的外伤性中枢神经系统损伤之一。具有发病年龄轻,病程长,发病人数逐年攀升、致残率极高、看护费用高等特点,已经成为严重的社会与经济问题。目前尚无治疗脊髓损伤的有效药物,甚至缺少可供临床医生选择的治疗药物。热点的脊髓损伤药物研究开发策略的一部分重点在于对髓鞘再生抑制通路的干预,并已针对这个通路上的蛋白因子开发了一些有望应用于临床的新药。山茱萸环烯醚萜苷(comusiridoidglycosides,CIG)是我室以往对33味中药的筛选和植物化学研究得到的山茱萸有效部位,以往研究中发现其具有良好的神经保护作用。本研究将CIG应用于完全性压迫性脊髓损伤大鼠模型的治疗上,发现该药能够显著改善伤后大鼠运动行为能力;对相关髓鞘再生抑制通路的研究,提示该药可能通过抑制该通路的信号转导,发挥神经保护作用。
目的:观察完全性压迫性脊髓损伤大鼠模型在伤后1个月内运动行为能力的变化;观察脊髓受损节段解剖结构、生理功能的变化以及其内髓鞘再生抑制通路上相关蛋白因子在空间表达和分布的变化:应用山茱萸环烯醚萜苷(cornusiridoidglycosides,CIG)1个月对脊髓损伤大鼠进行干预,以评价CIG对脊髓损伤人鼠模型的治疗效果,以及引起相应治疗效果的药理机制,为深入研究药物对脊髓损伤类疾病的药效学机制提供多方面的实验依据。
方法:雌性Wistar大鼠,体重(200±20)g。按随机编码抽取假手术组大鼠仅行椎板切开术;对其余大鼠进行完全性压迫性脊髓损伤术。手术完成后将手术组大鼠随机分为模型组、CIG20mg/kg组、CIG60mg/kg组、CIG180mg/kg组。所有大鼠在术后4小时起灌胃给药,模型组及假手术组给予等体积蒸馏水,连续给予31天。手术组大鼠每日两次人工排便排尿。分别在术后3日、10日、17日、24日、31日进行BBB(Basso,Beattieand:Bresnahanscale,BBBscale)行为学评分。其中有每组有部分大鼠在术后11日行生物素葡聚糖胺(biotindextranamine,BDA)顺行神经示踪术。术后第31日行为学评分结束后对大鼠进行4%多聚甲醛灌注取材后进行如下实验:
(1)对受损脊髓节段进行冠状位连续等间隔石蜡切片进行LFB复染苏木素染色,使用二维图像的传统计数及面积测量方法观察各组受损脊髓节段灰白质及损伤中心区的体积变化、残余神经元数量的变化。
(2)对受损脊髓节段进行冠状位连续等间隔石蜡切片进行髓鞘碱性蛋白(myelinbasicprotein,MBP)复染苏木素染色,结合体视学软件StereoInvestigator进行计数及体积测量方法,观察各组受损脊髓节段灰白质及损伤中心区的体积变化、残余神经元数量的变化。
(3)对BDA标记过的受损脊髓节段进行矢状位连续冰冻切片,对脊髓中央管右侧所有连续切片进行BDA阳性神经纤维计数,计算阳性纤维通过(损伤中心区)率。对阳性纤维通过率进行各组间比较,以判断受损脊髓节段神经再生情况、脊髓解剖结构的完整性及保留神经纤维的生理功能情况。
(4)对受损脊髓节段进行免疫组织化学染色方法,结合体视学软件StereoInvestigator进行计数及体积测量方法,观察髓鞘再生抑制信号通路上髓鞘再生抑制因子Nogo-A、Nogo-A受体NgR1、协同受体p75NTR和下游效应因子Rho激酶Ⅱ(ROCKⅡ)在受损脊髓节段的空间表达及分布情况,并对各个特定区域内阳性细胞数进行统计和组间比较。
结果:
(1)完全性压迫性脊髓损伤模型大鼠在术后17日后,出现关节挛缩、肌张力增高,影响脊髓损伤大鼠运动行为能力的进一步提高与康复。给予CIG可延迟受伤大鼠关节挛缩、肌张力增高的出现时间;有效保证受伤大鼠肌力恢复及关节活动度;促进后肢肌力恢复至承重的水平,并促使受伤大鼠有形成步态的可能。
(2)应用LFB复染苏木素结合二维图像测量计数方法及MBP免疫组化染色复染甲酚紫结合体视学测量和计数,表明CIG能够维持受损脊髓节段灰白质相对比例,保护受损脊髓解剖结构完整性及残余神经元数量。
(3)应用生物素葡聚糖胺神经示踪,结合行为学结果,表明CIG能够保证更多有生理功能的神经纤维通过脊髓受损节段,将上位神经元所摄取的物质运送到受损节段的远隔部位,且这些通过的纤维可能是新生神经纤维。
(4)Nogo-A阳性的胶质细胞参与了胶质瘢痕的形成,成为抑制髓鞘再生的天然屏障的组成成分;并可以在损伤中心区周围的严重脱髓鞘的白质结构内表达,同样起到抑制相同区域内髓鞘再生的作用。受损脊髓损伤中心区的Nogo-A表达程度高,且距离损伤中心越近阳性细胞数量越多。CIG能够抑制损伤中心区Nogo-A的表达水平,同时相对减少损伤中心区周边Nogo-A阳性细胞的数量。
(5)机械性损伤脊髓后,Nogo受体(NgR)在受损脊髓节段没有发生空间再分布与表达水平的变化。CIG给药组的NgR表达也没有变化。
(6)p75NTR不仅可以在脊髓灰质内的神经元上表达,也可能在脊髓白质内的胶质细胞上表达。p75NTR水平与Nogo-A在受损脊髓节段的阳性细胞表达及分布情况一致,表明p75NTR参与了髓鞘再生抑制信号传导。CIG能够抑制损伤中心区p75NTR的表达水平,并减少损伤中心区周边p75NTR阳性细胞的数量。
(7)机械性脊髓损伤使ROCKⅡ阳性细胞数量增多,损伤中心区和距离损伤中心1mm范围内的阳性细胞数量明显增加。CIG能降低损伤中心区和距离损伤中心1mm范围内的ROCKⅡ水平,并相对减少脊髓残余白质内ROCKⅡ的表达。
结论:CIG能够显著改善脊髓损伤大鼠的运动行为能力;维持受损脊髓节段灰白质相对比例,保护受损脊髓解剖结构完整性及残余神经元数量;保证更多有生理功能的神经纤维通过脊髓受损节段,促进神经纤维新生并保护新生纤维的生长;能够干预Nogo-A启动的髓鞘再生抑制过程,保证髓鞘再生的可能;抑制p75NTR的表达,阻止髓鞘再生抑制信号的下传,进而保证髓鞘/轴突的再生进程;通过降低ROCKⅡ的表达,干预由其直接引起的生长锥塌陷、神经再生受限等病理过程。CIG可能通过调节脊髓损伤内环境稳态为轴突及神经纤维再生提供更适合的微环境。CIG可能为外伤性CNS疾病提供更为经济有效的治疗选择,并具有成为康复治疗辅助用药的前景。