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缺血性脑血管病是严重威胁人类健康的常见病、多发病。缺血性神经元损害的病理生理机制迄今为止尚未完全阐明,可能与多种因素有关,如:谷氨酸过量释放、细胞内Ca2+超载、自由基产生等。近年来发现一氧化氮(nitric oxide,NO)在神经系统损害中起重要作用,并且参与了缺血性神经元损害。NO在体内可与超氧阴离子(superoxide, )快速结合生成过氧亚硝基阴离子(peroxynitrite,ONOO-),其生物学作用可介导多种细胞损伤,是NO发挥病理性损伤作用的主要环节。ONOO-化学性质十分活泼,具有极强的氧化和硝基化作用,且能跨膜弥散。体外实验表明:ONOO-可导致纯化的DNA解链、膜脂质过氧化、灭活许多重要的酶类,引起多种细胞凋亡或坏死。缺血再灌注过程中,神经元、小胶质细胞、星形胶质细胞、浸润的炎症细胞如中性粒细胞、淋巴细胞以及巨噬细胞均可诱生大量的NO和,关于脑缺血再灌注过程中,脑组织中是否有ONOO-生成以及NO/ONOO-在脑缺血再灌注损伤中的作用,目前国内外很少报道。 生物体内的NO是L-精氨酸和分子氧在一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)催化下合成的。NOS分为三种,分别是神经元型(neuronal nitric oxide synthase,nNOS),内皮细胞型(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)和诱导型(inducible nitric oxide synthase,iNOS)。研究表明:eNOS来源的NO在脑缺血再灌注早期发挥保护作用,nNOS来源的NO在脑缺血再灌注早期发挥损伤作用,iNOS来源的NO在脑缺血再灌注晚期发挥损伤作用。针对NO生成和作用的上述特点,我们在脑缺血再灌注早期应用选择性nNOS抑制剂7-硝基吲唑(7-nitroindazole,7-NI),晚期应用选择性iNOS抑制剂氨基胍(aminoguandine,AG),以抑制NO的神经损害作用,发挥其保护作用。 细胞凋亡是广泛存在于生理和病理状态下,受某些基因调控的主动死亡过程。凋亡基因和抗凋亡基因相互协调作用,决定细胞凋亡的<WP=5>启动或抑制。日益增多的证据表明:神经元凋亡存在于缺血性脑损伤中,特别在迟发性神经元死亡中发挥重要作用。离体实验表明,高浓度的NO/ONOO-可诱导多种类型的细胞发生凋亡。但NO/ONOO-在脑缺血再灌注所致细胞凋亡中的作用及其基因调控,国内外研究均很少。 线粒体是真核细胞中的一种重要的细胞器。近几年的研究表明:在细胞凋亡过程中,线粒体不仅对细胞凋亡的启动和调控具有重要意义,而且是凋亡执行的关键元件。死亡信号诱使线粒体通透性转换(mitochondrial permeability transition,mPT)孔开启,线粒体膜电位(⊿ψm)消失,凋亡相关蛋白释放,Caspases酶激活,这是细胞凋亡的最基本生化途径。近年发现,线粒体内存在独立的线粒体NOS(mitochondrial nitric oxide synthase,mtNOS),因此,线粒体不仅可生成,也是NO的重要来源,后两者快速结合生成ONOO-造成线粒体损伤。明确线粒体反应的特点将有助于阐明脑缺血时细胞死亡的机制,并为治疗提供新的靶点。本研究在大鼠局灶性脑缺血再灌注模型上观察了ONOO-的生成和定位及脑组织超微结构的改变;观察了给予选择性nNOS抑制剂7-NI和选择性iNOS抑制剂AG对脑缺血再灌注后脑组织损伤及细胞凋亡的影响,并对其基因调控进行了探讨;观察了NO在高Ca2+所致线粒体损伤中的作用。研究内容和结果如下:1 大鼠局灶性脑缺血再灌注中ONOO-的生成及脑组织损伤的改变 采用线栓法可逆性闭塞大鼠左侧大脑中动脉(middle cerebral artery oclussion,MCAO),分别于缺血2h(I2h),缺血2h再灌注6h(I2h/R6h),12h(I2h/R12h),1d(I2h/R1d),3d(I2h/R3d)取材。硝酸还原酶法测定脑组织NO含量,免疫组化法观察ONOO-的特异性标志物硝基酪氨酸(nitrotyrosine,NT)的生成和定位,戊巴比妥酸法测定MDA含量,透射电镜观察脑组织超微结构的变化。结果如下:1.1 NO含量变化:假手术组、I2h、I2h/R6h、I2h/R12h、I2h/R1d、I2h/R3d脑组织NO含量分别为6.02±0.81μmol/gpr、11.85±1.36μmol/gpr、15.94±2.01μmol/gpr、18.66±1.98μmol/gpr、23.74±1.63μmol/gpr、20.80±2.16μmol/gpr。脑缺血后NO水平升高(P<0.01),再灌注后NO升高更为明显并随再灌注时间延长逐渐升高,至I2h/R1d达高峰,显著高于缺血前水平(P<0.001),I2h/R3d ,NO水<WP=6>平略有下降仍维持较高水平(P<0.001)。1.2 NT的生成和定位:假手术组、I2h、I2h/R6h、I2h/R12h、I2h/R1d、I2h/R3d组NT阳性细胞数分别3.81±0.74个/HP、10.34±2.11个/HP、25.86±5.31个/HP、32.82±5.33个/HP、49.22±6.60个/HP、41.45±4.52个/HP。缺血脑组织中有NT表达,且随再灌注时间延长表达逐渐增强,至1d达高峰,3d仍维持较高水平。缺血早期(I2h),NT主要在小血管表达,I2h/R6h以后,NT除在小血管表达外,还定位于损伤神经元及炎症细胞。1.3 MDA含量变化: 假手术组、I2h、I2h/R6h、I2h/R12h、I2h/R1d、I2h/R3d组脑组织MDA含量分别为3.23±0.68 nmol/ml、6.52±0.97 nmol/ml、12.31±1.02 nmol/ml、14.59±1.15 nmol/ml、19.96±1.43 nmol/ml、18.72±2.66 nmol/ml。与假手术组相比,I2h脑组织MDA含量即有明显升高(P<0.01)