短暂性MCAO大鼠注射天麻素具有神经保护作用

         作者：杨杰，赵朝华，宗长宏，张峰昌，陈国敏 

【摘要】  目的： 探讨天麻素对缺血性脑损伤的神经保护作用. 方法： 通过线栓技术闭塞大脑中动脉（MCAO）2 h诱导建立暂时性局部脑缺血模型，SD大鼠腹腔内连续注射天麻素3 d. 采用TUNEL染色测定缺血边缘区细胞凋亡；免疫组织化学染色观测S100β和iNOS蛋白表达. 结果： MCAO后3 d，天麻素组大鼠脑梗死边缘区TUNAL+细胞数目明显减少（P<0.05）；S100β和iNOS+细胞数目下降（P<0.05）. 结论： 天麻素可以抑制脑缺血诱导的细胞凋亡，具有神经保护作用；S100β和iNOS蛋白表达的下调可能涉及到天麻素的抗细胞凋亡作用.

【关键词】  天麻素；脑缺血；细胞凋亡；S100β；iNOS

    0引言

    脑血管疾病的病理生理过程是非常复杂的，涉及到兴奋性毒性、一氧化氮(NO)蓄积、钙超载、氧自由基损伤、能量代谢障碍、凋亡、胶质细胞异常等. 脑缺血后神经元死亡存在坏死和凋亡两种方式. 抑制凋亡过程，挽救缺血性半暗带内的神经元，防止半暗区向梗塞区的逐渐成为脑缺血保护剂研究的热点［1］. 研究发现天麻素的神经保护作用与抑制细胞凋亡有关［2］. 本实验的目的是通过研究天麻素对暂时性大脑中动脉闭塞（MCAO）大鼠的细胞凋亡和S100β以及iNOS蛋白表达的影响，探讨天麻素的神经保护作用机制.

    1材料和方法

    1.1材料健康雄性Sprague?Dawley (SD)大鼠（由西安大学医学院动物中心提供），体质量240～280 g. 实验前常规环境分笼饲养7 d. longa等(1989)描述的管腔内线栓技术闭塞大脑中动脉制作暂时性局部脑缺血. 简要过程, 大鼠经水合氯醛（300 mg/kg）腹腔注射麻醉，分离暴露右侧颈部血管，4?0缝合线结扎颈外动脉和颈总动脉，将一头端加热呈光滑球形并覆有多聚赖氨酸（sigma）的3?0单股尼龙线（购于宁波医用缝针厂）缓慢插入颈内动脉至感到有轻微阻力为止(约距颈总动脉分叉处17～18 mm),闭塞MCA起始部. 手术期间使用电热毯维持大鼠体温在36.5～37.5℃. 大鼠拔线后分为天麻素组（n=4）和对照组（n=4）. 天麻素组大鼠按100 mg/kg腹腔内每日注射天麻素注射液（中山市三才医药集团有限公司）1次，连续3 d. 对照组大鼠注射同体积的生理盐水. 所有大鼠放回笼中常规喂养.

    1.2方法

    1.2.1神经学的评价大鼠MACO后2 h参照Bederson等(1986)方法进行神经功能损伤程度的评定. 即0级: 行为正常；1级:  提尾悬空左侧前肢屈曲，肩内收；2级： 抵抗对侧推力下降，伴前肢屈曲；3级: 自发性侧向旋转或运动，伴抵抗对侧推力下降和前肢屈曲. 将评定为3级的大鼠视为成功MCAO模型，用于后续实验. 成功MCAO模型大鼠经水合氯醛麻醉后，轻轻抽出尼龙线，建立MCA再循环.

    1.2.2TUNEL和免疫组织化学染色及分析天麻素组和对照组大鼠于MCAO后3 d水合氯醛深麻，常规灌注、取脑、固定、石蜡包埋，冠状位切片，片厚6 μm，用于TUNEL染色、S100β和iNOS免疫组织化学染色.

    1.2.3细胞计数每只大鼠各取4张TUNEL,  S100β和iNOS染色切片，通过Motic Images Advanceed 3.0图像分析系统，使用×20物镜在缺血边缘区选取4个(640×480像素)等面积视野区，计数TUNEL, S100β和iNOS阳性细胞.

    统计学处理：  计量数据均用x±s表示，两组间比较采用t检验，P<0.05为有统计学差异.

    2结果

    2.1缺血边缘区TNNEL阳性细胞的形态和数目变化MCAO后3 d在缺血侧半球可见许多TUNEL阳性细胞环绕在梗死区周围，散在分布于正常细胞中（图1）. 而天麻素组缺血边缘区凋亡细胞数目(18.42±2.43)较对照组（23.53±3.36）减少(P<0. 05).

    图1MCAO大鼠（A）和天麻素MCAO大鼠（B）缺血边缘区TUNEL免疫反应阳性细胞TUNEL ×200

    2.2缺血边缘区S100β阳性细胞的形态和数目变化免疫组织化学染色显示，对照组大鼠MCAO后3 d S100β阳性细胞在缺血中心区消失，在缺血边缘区出现大量胞体肥大呈圆形的S100β阳性细胞，突起较多且长. 天麻素治疗组大鼠在缺血边缘区也可见许多的S100β阳性细胞，但数目较少（图2）. S100β阳性细胞定量分析显示对照组组为18.92±2.37，天麻素组为14.64±3.11，天麻素组少于对照组，差异有统计学意义(P<0. 05).

    图2MCAO大鼠（A）和天麻素治疗MCAO大鼠（B）缺血边缘区S100β免疫反应阳性细胞SABC ×200

    2.3缺血边缘区iNOS阳性细胞的分布和数目变化免疫组织化学染色（图3）显示，各组大鼠MCAO后3 d在缺血侧脑可见许多iNOS阳性细胞，主要集中于梗死区周围. 在天麻素组iNOS阳性细胞体积较小,数目(27.42±5.18)较对照组（35.77±6.01）减少(P<0.05).

    图3MCAO大鼠（A）和天麻素治疗MCAO大鼠（B）缺血边缘区iNOS免疫反应阳性细胞SABC ×200

    3讨论

    　　研究表明脑缺血再灌注后的病理改变是形成缺血核心区和缺血半暗带. 核心区为脑血流减少最严重的区域，神经元和胶质细胞能量衰竭，失去调节其离子含量的能力，最终细胞死亡. 围绕在缺血核心周围的缺血半暗带血供受抑制,细胞功能受损，但能量代谢保存，为可逆性修复的脑组织［1］. 脑缺血再灌注后,坏死细胞主要位于梗死灶中心区,而凋亡细胞主要分布于梗死边缘区的内侧, 并呈放射状动态地向四周扩展, 提示缺血边缘区神经元的凋死与梗死灶的发展扩大密切相关［1，3］. 因此,减少半暗带的细胞凋亡是应用脑保护药物的目标之一. 本实验结果显示天麻素注射后缺血边缘区凋亡细胞的数目明显减少，仅为对照组大鼠的70%. 我们提供了一个天麻素在脑缺血再灌注损伤中的神经保护作用活体实例.

    　　细胞凋亡的具体机制尚未完全明了，可能与脑缺血时再灌注产生的自由基、兴奋性氨基酸、钙失调、NO和凋亡相关基因表达等［1］有关. 许多研究显示天麻素及其制剂可通过多种途径发挥其神经保护作用，包括对抗兴奋性毒性作用，抗自由基，保护细胞膜，影响胶质细胞功能，抑制能量代谢障碍、一氧化氮系统及细胞凋亡等［4］. 天麻素抗细胞凋亡的作用机制不清楚. 体外研究显示天麻素制剂可通过调节神经元凋亡调控基因bcl?2和 bax的表达，对神经细胞起到一定的保护作用［2］. 我们的大鼠活体研究显示天麻素单体抗脑缺血后细胞凋亡的作用涉及到S100β和iNOS表达的下调.

    　　在脑内S100β主要来源于星形胶质细胞（AS），是AS激活的标志之一. 体外研究显示低浓度S100β具有神经保护作用，高浓度的S100β具有神经毒性. MCAO后反应性AS产生的S100β在梗塞周围区域的蓄积与迟发性梗死灶扩展有关［5］，抑制缺血边缘区AS过度表达S100β和继发的信号通路激活，迟发性梗死扩展被阻止，神经功能缺失迅速改善［6］. 提示脑缺血后过度表达的S100β参与了脑缺血的神经损伤过程，对缺血损伤的和转归有着重要的影响. S100β能诱导细胞凋亡［7-8］，但作用机制尚有待阐明. 本实验首次观察了天麻素对脑内S100β表达的影响，结果显示天麻素可以降低缺血边缘区S100β阳性细胞数. 提示天麻素抑制S100β的过度表达，降低其神经毒性与减少缺血边缘区凋亡细胞密切相关.

    　　NO是一种细胞内信使物质和效应分子,在中枢神经系统行使多种生理功能. 在缺血性脑损伤中NO的损伤或保护作用依赖于一氧化氮合酶(NOS)类型. 目前至少确认了三种NOS亚型：神经元型NOS(nNOS)、诱导型NOS(iNOS)和内皮型NOS(eNOS). 使用iNOS抑制剂和iNOS敲除小鼠的研究证实抑制或消除iNOS表达能减少梗死体积或不出现梗死体积扩展［9-10］. 这些研究提示iNOS产生的NO是有毒性的. 脑缺血后在梗死区和半暗区被诱导激活的iNOS产生的NO或OH自由基（在L?精氨酸不足环境下替代NO）可损伤细胞膜和细胞器，促进DNA损害,抑制DNA合成,诱导细胞程序性死亡，是脑缺血中、后期脑损伤加重的重要因素. 我们的实验表明天麻素可以降低脑内iNOS蛋白的表达. 提示天麻素减少缺血边缘区的凋亡细胞可能涉及到脑内iNOS蛋白表达的下降. 天麻素下调iNOS表达是否与降低S100β有关有必要进一步研究. 因为研究已显示高浓度的S100β可诱导培养的AS表达iNOS［11］.

    　　总之，本实验通过活体实验证实天麻素注射可以抑制缺血边缘区细胞的凋亡，其作用可能与下调缺血后S100β和iNOS的过度表达有关. 这为天麻素在脑缺血性疾病中的应用提供了活体实验依据.

【】
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