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目的:探讨丰富环境（enriched environment,EE）协同重组腺病毒缺氧诱导因子-1α（recombinant adenovirus-mediated hypoxia-inducible factor-1α,Ad HIF-1α）基因对局灶性脑缺血再灌注损伤（cerebral ischemia-reperfusion injury,CIRI）大鼠细胞焦亡的影响及可能的机制。方法:采用随机数字表法,将132只雄性Sprague-Dawley大鼠分为6组:假手术（Sham）组、脑缺血再灌注（CIR）组、重组腺病毒空载体（recombinnant adenovirus empty vector,Ad）组、重组腺病毒缺氧诱导因子-1α基因治疗（Ad HIF-1α）组、丰富环境治疗（EE）组、丰富环境协同重组腺病毒缺氧诱导因子-1α基因治疗（EE+Ad HIF-1α）组。其中Ad组和Ad HIF-1α组各有24只大鼠,其余四组各有21只大鼠。除Sham组外,其余各组均建立右侧大脑中动脉闭塞（middle cerebral artery occlusion,MCAO）模型。造模后进行大鼠右侧侧脑室注射,Sham组、CIR组和EE组注射无菌生理盐水,Ad组注射Ad溶液,Ad HIF-1α组和EE+Ad HIF-1α组注射Ad HIF-1α溶液,Ad和Ad HIF-1α基因的载体携带独立表达的绿色荧光蛋白（green fluorescent protein,GFP）基因作为示踪标记。术后EE组和EE+Ad HIF-1α组饲养于EE,其余组饲养于标准环境（standard environment,SE）。在造模前及术后第1天、7天、14天时对各组大鼠进行改良神经损害严重程度评分（modified neurological severity score,m NSS）。术后第1天和14天时采用蛋白印迹（western blot,WB）方法检测大鼠缺血侧海马组织中缺氧诱导因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α,HIF-1α）、核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3（nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3,NLRP3）和含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-1（cysteinyl aspartate specific proteinase-1,caspase-1）蛋白的表达。术后第14天时采用荧光显微镜观察Ad组和Ad HIF-1α组大鼠缺血侧海马组织中GFP的表达,采用苏木素-伊红（hematoxylin and eosin,HE）染色观察各组大鼠缺血侧海马CA1区组织病理形态学改变,应用免疫组化方法检测缺血侧海马CA1区组织NLRP3和caspase-1蛋白的表达,采用透射电镜观察缺血侧海马CA1区神经细胞超微结构改变。结果:1.荧光显微镜下观察GFP的表达:术后第14天时,Ad组和Ad HIF-1α组大鼠缺血侧海马组织中观察到GFP的表达。2.m NSS:Sham组及造模前各组大鼠评分为0。术后第1天和7天时,CIR组、Ad组、Ad HIF-1α组、EE组和EE+Ad HIF-1α组大鼠评分均高于Sham组（P＜0.05）,但此五组之间评分差异无统计学意义（P＞0.05）。术后第14天时,CIR组、Ad组、Ad HIF-1α组、EE组和EE+Ad HIF-1α组大鼠评分均高于Sham组（P＜0.05）,但CIR组和Ad组之间评分差异无统计学意义（P＞0.05）;与CIR组和Ad组相比,Ad HIF-1α组和EE组评分均降低（P＜0.05）,但此两组之间评分差异无统计学意义（P＞0.05）;与Ad HIF-1α组和EE组相比,EE+Ad HIF-1α组评分降低（P＜0.05）。3.HE染色:术后第14天时,Sham组大鼠右侧海马组织结构完整清晰,CA1区锥体细胞形态正常,细胞核呈圆形或椭圆形,胞核饱满,核仁明显,细胞排列规则致密。CIR组和Ad组大鼠缺血侧海马组织结构疏松,间质水肿,CA1区可见大量锥体细胞形态不规则,胞核固缩深染,周围呈空泡样,核仁消失,锥体细胞排列紊乱,神经元密度降低。Ad HIF-1α组、EE组及EE+Ad HIF-1α组的上述病理改变较CIR组和Ad组轻,且EE+Ad HIF-1α组的病理改变最轻。4.免疫组化:术后第14天时,NLRP3和caspase-1蛋白在Sham组大鼠右侧海马CA1区可见少量表达。与Sham组相比,CIR组、Ad组、Ad HIF-1α组、EE组和EE+Ad HIF-1α组大鼠缺血侧海马CA1区NLRP3和caspase-1蛋白的表达水平均升高（P＜0.05）,其中CIR组和Ad组之间差异无统计学意义（P＞0.05）,Ad HIF-1α组和EE组之间差异无统计学意义（P＞0.05）。与CIR组和Ad组相比,Ad HIF-1α组、EE组和EE+Ad HIF-1α组NLRP3和caspase-1蛋白的表达水平均降低（P＜0.05）,并且EE+Ad HIF-1α组NLRP3和caspase-1蛋白的表达水平较Ad HIF-1α组和EE组更低（P＜0.05）。5.WB:Sham组大鼠右侧海马组织内HIF-1α、NLRP3和caspase-1蛋白的表达水平较低。术后第1天时,与Sham组相比,CIR组、Ad组、Ad HIF-1α组、EE组和EE+Ad HIF-1α组大鼠缺血侧海马组织内HIF-1α、NLRP3和caspase-1蛋白的表达水平均升高（P＜0.05）,但此五组之间各蛋白的表达水平差异无统计学意义（P＞0.05）。术后第14天时,与Sham组相比,CIR组、Ad组、Ad HIF-1α组、EE组和EE+Ad HIF-1α组大鼠缺血侧海马组织内HIF-1α、NLRP3和caspase-1蛋白的表达水平均升高（P＜0.05）,但CIR组和Ad组之间各蛋白的表达水平差异无统计学意义（P＞0.05）;与CIR组和Ad组相比,Ad HIF-1α组和EE组HIF-1α蛋白的表达水平均升高（P＜0.05）,NLRP3和caspase-1蛋白的表达水平均降低（P＜0.05）,但此两组之间各蛋白的表达水平差异无统计学意义（P＞0.05）;与Ad HIF-1α组和EE组相比,EE+Ad HIF-1α组HIF-1α蛋白的表达水平升高（P＜0.05）,NLRP3和caspase-1蛋白的表达水平均降低（P＜0.05）。6.透射电镜:术后第14天时,Sham组大鼠右侧海马CA1区神经细胞超微结构正常,细胞膜结构完整,胞质内细胞器丰富,均匀分布,线粒体及粗面内质网结构清晰正常,细胞核内染色质分布均匀。CIR组和Ad组大鼠缺血侧海马CA1区神经细胞超微结构改变相似,均有明显的细胞焦亡病理改变,细胞膜上有较多的孔洞形成,细胞水肿,胞质内大部分细胞器消失,内容物明显减少,线粒体肿胀,较多的嵴消失,出现空泡化,部分线粒体外膜破裂,结构不清,细胞核固缩,异染色质增多,聚集在核膜周围,出现致密团块。Ad HIF-1α组和EE组神经细胞焦亡病理改变较CIR组和Ad组明显减轻,细胞膜上偶可见少量孔洞形成,细胞水肿减轻,胞质内细胞器及内容物无明显减少,可见少量线粒体损伤,细胞核未见明显固缩,核内异染色质减少。EE+Ad HIF-1α组神经细胞超微结构趋于正常,细胞膜结构完整,胞质内细胞器较多,偶可见线粒体有少量的嵴消失,细胞核未见明显异常。结论:1.EE可能通过上调HIF-1α的表达来抑制NLRP3/caspase-1介导的经典细胞焦亡途径,从而促进CIRI大鼠神经功能恢复。2.Ad HIF-1α基因干预可能通过上调HIF-1α的表达来下调焦亡相关蛋白NLRP3和caspase-1的表达,抑制细胞焦亡,进而改善CIRI,发挥脑保护作用。3.EE和Ad HIF-1α基因联合应用比单一治疗更能发挥脑保护作用,可能与HIF-1α是两者发挥作用的共同通路有关。