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脑外伤是临床上的一类多发病,常引起严重的神经功能障碍。中枢神经可塑性与脑外伤后的脑功能恢复密切相关。哺乳动物成熟中枢神经系统损伤后缺乏有效再生,目前倾向于将其归结于损伤部位的生理、生化和分子生物学环境的改变。这些因素包括生长促进因子的缺乏、损伤部位疤痕的形成、生长抑制分子的存在、离断神经元的轴突溃变和损伤所促成的内外源性理化因素改变等。近年来的研究显示,如能有效阻断神经生长抑制因子和提高神经生长促进因子的作用,可明显促进损伤后的中枢神经再生。
作用于CNS的生长抑制分子包含细胞外基质蛋白如semaphorin3A,硫酸软骨素蛋白粘多糖(CSPG)和髓鞘相关蛋白如Nogo-A,髓鞘相关糖蛋白(MAG),少突胶质细胞髓鞘糖蛋白(OMgp)。其中Nogo-A的作用最为关键。它可能作为一种多功能的信号分子在诸如轴突外向性生长,细胞的存活或死亡的判定以及突触的可塑性这种种功能中起作用。因此,Nogo-A与成年哺乳动物CNS损伤后的轴突再生和代偿塑性的限制作用有关。
GAP-43(又名B-50,F1,神经调素)是生长相关蛋白(GAPs)家族中的重要的一员,为神经组织特有的一种磷酸蛋白,特异性分布于突触前膜上,特别是在生长、分化及再生的轴突末端含量最高,对神经的生长、发育、再生以及突触功能的维持和递质的释放都起着重要作用。GAP-43被认为是神经元生长期的内在决定因子,可作为神经再生的标志。
目的:本实验观察神经生长抑制因子Nogo-A及促生长因子GAP-43在小鼠实验性weigh-drop brain injury后损伤灶周不同时点表达的变化,探讨Nogo-A及GAP43在weigh-drop brain injury后对神经再生的作用。
方法:利用weigh-drop brain injury脑撞击装置,复制外伤性脑撞击伤小鼠模型,采用实时荧光定量PCR技术,在小鼠外伤性脑损伤后第1、7、14和28天分别检测损伤灶周大脑皮层Nogo-A及GAP-43的表达量,同时用免疫组织化学技术观察Nogo-A及GAP-43在大脑皮层的阳性信号,来印证荧光定量PCR结果。
结果:
一.脑撞击伤后小鼠大脑皮层Nogo-AmRNA的表达(荧光定量)
荧光定量PCR显示:手术组Nogo-A的相对值(Nogo-A的拷贝数/18SrRNA的拷贝数)在第1天为0.61±0.15,较假手术组0.99±0.13明显降低;脑撞击伤后第7、14和28天分别为1.44±0.33、1.78±0.22、1.40±0.85,均较假手术组相应时相点1.00±0.21、1.19±0.20、1.01±0.34明显升高。手术组Nogo-A mRNA表达第1天先下降,后呈上升趋势,第14天达到高峰,第28天下降,但高于假手术组,手术组之间相比有显著性差异。假手术组组间没有差异,说明开颅而不损伤脑组织对Nogo-A mRNA的表达几乎没有影响。
二.脑撞击伤后小鼠大脑皮层GAP-43mRNA的表达(荧光定量)
荧光定量PCR显示:手术组的GAP-43的相对值(GAP-43的拷贝数/18SrRNA的拷贝数)在第1、7天分别为1.30±0.15、1.88±0.22,均较假手术组相应时间点0.91±0.08、1.02±0.12明显升高;脑撞击伤后第14天为1.31±0.15,较假手术组同时相应点0.98±0.16明显升高;脑撞击伤后第28天为1.02±0.15,与假手术组同时相点1.06±0.10相比无明显差异。手术组GAP-43mRNA表达在脑损伤后逐渐上升,第7天达到高峰,然后逐渐下降,第28天降至假手术组水平,手术组之间比较有显著差异。假手术组之间比较没有明显差异,说明开颅而不损伤脑组织对GAP-43 mRNA的表达没有影响。
三.脑撞击伤后小鼠大脑皮层Nogo-A表达(免疫组化)
免疫组化结果显示,Nogo-A表达于皮层及皮层下的胶质细胞及神经元的胞浆。阳性信号呈棕黄色条索状神经纤维髓鞘以及有突起的神经元形态。Nogo-A的阳性信号值在第1天为0.07±0.01,较假手术组0.11±0.01明显降低;脑撞击伤后第7、28天分别为0.13±0.02、0.14±0.02,均较假手术组相应时相点0.09±0.01、0.10±0.01明显升高;脑撞击伤后第14天为0.19±0.02,较假手术组0.10±0.01明显升高。手术组Nogo-A含量第1天先下降,后呈上升趋势,第14天达到高峰,第28天下降,但高于假手术组,手术组之间相比有显著性差异。假手术组组间没有差异,说明开颅而不损伤脑组织对Nogo-A的表达几乎没有影响。
四.脑撞击伤后小鼠大脑皮层GAP-43表达(免疫组化)
免疫组化结果显示,GAP-43表达于皮层及皮层下神经元细胞的突起。阳性信号呈棕黄色有突起的神经元形态。手术组的GAP-43的阳性信号值在第1、14天分别为0.24±0.01、0.25±0.01,均较假手术组相应时间点0.10±0.01、0.09±0.02明显升高;脑撞击伤后第7天为0.53±0.02,较假手术组同时相应点0.11±0.01显著升高;脑撞击伤后第28天为0.13±0.01,与假手术组同时相点0.12±0.01相比无明显差异。手术组GAP-43阳性值信号逐渐上升,第7天达到高峰,第28天降至假手术组水平,手术组之间比较有显著差异。假手术组之间比较没有明显差异,说明开颅而不损伤脑组织对GAP-43的表达没有影响。
结论:
1.外伤性脑损伤损伤灶周围大脑皮层Nogo-A mRNA及蛋白表达量增加。损伤后第1天Nogo-A mRNA及蛋白表达量稍下降,然后逐渐升高,第7天时升高明显,第14天达到高峰,继之逐渐下降。第28天时仍有较高的表达。
2.外伤性脑损伤损伤灶周围大脑皮层GAP-43 mRNA及蛋白表达量增加。损伤后第1天GAP-43 mRNA及蛋白表达即升高,第7天达高峰,然后逐渐下降,第14天时仍有较高表达,第28天时表达接近正常水平。
3.外伤性脑损伤损伤灶周围大脑皮层Nogo-A及GAP-43的表达增加。它们可能共同参与成年哺乳动物脑损伤后CNS神经可塑性的调节,但显示的可能是一种总的抑制性效应。这或许是成年哺乳动物脑损伤后CNS神经恢复障碍的重要原因之一。