蜘蛛香环烯醚萜类对急性脊髓损伤大鼠神经细胞焦亡的影响及其相关机制探讨

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目的:本研究通过制备大鼠急性脊髓损伤模型,利用蜘蛛香环烯醚萜类成分(IRFV)进行干预,通过对细胞焦亡的形态和生化特征进行观测,探究该药物对细胞焦亡的影响;同时,检测大鼠脊髓损伤部位的氧化应激程度和NLRP3/Caspase-1焦亡通路的相关蛋白表达情况,探究IRFV影响脊髓损伤大鼠神经细胞焦亡的可能机制,为IRFV发挥神经保护作用,改善脊髓损伤大鼠的运动功能提供更多的基础理论支持。方法:选取健康雄性SD大鼠(250±30g)81只,随机分为治疗组、模型组和假手术组,每组27只。采用医用动脉瘤夹(标定力70g,钳夹10s)建立大鼠急性脊髓损伤模型,假手术组只摘除椎板。术后4h,治疗组按10 mg/kg的剂量进行IRFV溶液灌胃,模型组和假手术组给予同等体积的羧甲基纤维素钠(CMC-Na)溶液灌胃,每天一次,进行为期一周的干预治疗。术后第7天,每组选取15只大鼠处死,采集血液及组织标本,透射电镜观察损伤部位组织细胞形态,TUNEL法检测DNA损伤情况,免疫组化染色观察NLRP3、Caspase-1、GSDMD在组织细胞里的表达情况,酶联免疫试剂盒检测血清中IL-1β和IL-18含量,生化实验检测受损脊髓组织中ROS、MOD、SOD的水平,Western Blotting测定焦亡通路蛋白NLRP3、Caspase-1、GSDMD的表达水平。分别在术前及术后1天、7天、14天、21天和28天采用BBB评分对每组大鼠后肢运动情况进行评估。结果:1.IRFV对急性脊髓损伤大鼠神经细胞焦亡的影响(1)脊髓组织透射电镜结果:假手术组大鼠脊髓组织细胞结构正常,无肿胀破裂出现,细胞膜及细胞器结构完整,细胞核染色质未见异常。模型组中大量细胞肿胀破损,细胞膜结构被破坏,细胞器变形解体,细胞核固缩,染色质片段化解离,胞内物质释放。IRFV治疗组,与模型组相比,神经细胞通透性增强,细胞肿胀程度较轻,偶见细胞器变形和染色质片段化。(2)TUNEL荧光染色结果:假手术组中绿色荧光强度极弱。模型组中可见大量绿色荧光表达,通过计算神经细胞TUNEL染色阳性率,模型组较假手术组显著增加(P<0.01)。IRFV治疗组较模型组细胞TUNEL染色阳性率降低(P<0.05)。(3)GSDMD免疫组化结果:与假手术组比较,模型组大鼠脊髓组织中GSDMD蛋白的阳性染色面积明显增多,占脊髓组织灰质的大部分面积,平均光密度较大(p<0.01);与模型组比较,IRFV治疗组大鼠脊髓组织中GSDMD蛋白的阳性染色面积显著减少,平均光密度减少(P<0.05)。(4)IL-1β、IL-18含量ELISA检测结果:与假手术组比较,模型组大鼠血清中IL-1β含量显著增加(P<0.01),IL-18含量有所增加(P<0.05);与模型组比较,IRFV治疗组中IL-1β含量显著减少(P<0.01),IL-18含量有所降低(P<0.05)。2.IRFV对急性脊髓损伤大鼠氧化应激和细胞焦亡通路蛋白的影响(1)脊髓组织中ROS、SOD、MOD含量检测结果:与假手术组比较,模型组大鼠脊髓组织中ROS、MOD含量显著增加(P<0.01),SOD含量显著减少(P<0.01);与模型组比较,IRFV治疗组大鼠脊髓组织中ROS、MOD含量明显降低(P<0.01),SOD含量有所增加(P<0.01)。(2)脊髓组织中NLRP3、Caspase-1、GSDMD含量WB检测结果:与假手术组相比,模型组中NLRP3、Caspase-1、GSDMD蛋白的水平显著增高(P<0.01);与模型组相比,IRFV治疗组中NLRP3、Caspase-1、GSDMD蛋白的水平有所下降(P<0.05)。(3)脊髓组织中NLRP3、Caspase-1表达免疫组化检测结果:与假手术比较,模型组大鼠脊髓组织中NLRP3、Caspase-1蛋白的阳性染色面积明显增多,占脊髓组织灰质的大部分面积,平均光密度较大(P<0.01);与模型组比较,IRFV治疗组大鼠脊髓组织中两种蛋白的阳性染色面积显著减少,平均光密度减少(P<0.05)。3.IRFV干预对急性脊髓损伤大鼠后肢运动功能恢复的影响(1)行为学BBB评分结果:术前各组大鼠后肢运动功能BBB评分无差异(P<0.05),均为21分。术后1天,模型组和IRFV治疗组大鼠后肢完全瘫痪,评分降至0分。术后7天、术后14天和21天,模型组和IRFV治疗组大鼠BBB评分随时间推移有所增加,但组间无统计学差异。于术后第28天,IRFV治疗组大鼠BBB评分显著高于模型组(P<0.05)。结论:1.IRFV干预后细胞肿胀变形、细胞器裂解、DNA片段化等细胞焦亡形态特征明显减轻,GSDMD蛋白及炎性因子IL-1β、IL-18水平明显降低,显示对急性脊髓损伤大鼠神经细胞焦亡的有效抑制。2.IRFV能减少急性脊髓损伤大鼠神经细胞内ROS的累积,降低NLRP3、Caspase-1、GSDMD蛋白的表达,通过调控ROS/NLRP3/Caspase-1分子通路抑制神经细胞焦亡。3.在脊髓损伤急性期行7天IRFV干预,对T10脊髓钳夹损伤模型大鼠的后肢运动功能恢复有一定效益,提示在脊髓损伤急性期抑制神经细胞焦亡对后期运动功能改善的重要性。
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