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目的:研究闭合性颅脑损伤大鼠脑蛋白质表达谱,探寻脑干损伤生物标志蛋白。
方法:雄性SD大鼠随机分为手术对照组及损伤后4h、8h、12 h、24 h和48 h组,复制Marmarou’s落体打击大鼠脑损伤模型。分别进行神经行为学评价、HE染色和焦油紫尼氏染色;并用强阴离子交换芯片(SAX2)和疏水表面芯片(H4)结合表面增强激光解析电离飞行时间质谱技术分析大鼠闭合性脑损伤后不同时间脑干中蛋白质表达谱的改变。
结果:
1.Marmarou’s落体打击大鼠脑损伤表现:
损伤组大鼠打击后有84只大鼠(70%)出现抽搐同时有呼吸暂停,持续约15s;在没有出现抽搐的大鼠中有11只大鼠(9.17%)出现惊厥,持续约30s;17只大鼠(14.3%)伤后有肢体活动受限,表现为单肢或单侧肢体活动受限。12只大鼠(10%)出现持续呼吸抑制和全身抽搐,几十秒钟后呼吸停止,死亡。
2.神经行为学评价:
大鼠脑损伤后平衡能力、翻身、支头、行走、逃避和四肢功能均较损伤前有所减弱,评分降低。脑损伤后1h、12h大鼠行为学评分与损伤前相比有显著性差异(P<0.01),损伤后24h、48h与损伤前比较无差异。
3.损伤组大鼠脑组织病理学改变:
(1)大体观察:损伤组大鼠可见蛛网膜下腔出血,分布广泛,无大面积挫伤或局灶性挫裂伤;切面可见胼胝体点状出血及双侧脑室出血。
(2)光镜下观察:
损伤组大鼠HE染色主要表现为额叶、项叶、枕叶、小脑及脑干蛛网膜下腔出血,侧脑室出血,小挫伤灶。部分神经细胞胞体浓缩,胞核固缩,胞浆内尼氏小体消失呈同质性嗜酸性着色(红色神经细胞);部分神经细胞胞体肿胀,胞浆不规则淡染,核肿大淡染或消失。脑组织水肿,表现为脑组织疏松、神经细胞及血管周围间隙增大,脑干部分神经纤维增粗、呈波浪状改变。各损伤组脑干可见不同程度损伤,损伤后8h达到高峰。HE染色中所见的红色神经细胞,焦油紫染色呈深紫色;HE染色胞体肿胀,尼氏小体减少或消失的细胞,焦油紫染色整个细胞呈淡紫色。
4 蛋白质芯片检测结果:
(1)SAX2芯片共获得679个脑干蛋白质峰,H4芯片共获得383个脑干蛋白质峰。在6个组中,SAX2芯片所捕获的脑干蛋白质数平均较H4芯片所获得的高出174.6%。此外,H4芯片上捕获的脑干蛋白质总数中,34个(8.8%)的蛋白质峰也出现在SAX2芯片上。
(2)脑干中检测到的差异蛋白质:在SAX2芯片上,损伤后共有31个蛋白质峰的相对强度与手术对照组相比有差异(P<0.05);另有131个蛋白质峰在对照组未检到。在H4芯片上,损伤后共有6个蛋白质峰的相对强度与手术对照组相比有差异(P<0.05),并发现77个蛋白质在对照组未检到。
(3)差异蛋白质的时序性变化:与手术对照组比较,损伤组中有统计学差异的37个蛋白质峰和208个没有出现在手术对照组的蛋白质峰中,在损伤后各时间点均有分布,其中149个蛋白质峰在损伤后12h以内(包括12h)表达,96个蛋白质峰在损伤12h后表达。在SAX2芯片上有24个蛋白质峰在两个以上时间点都可以检测到,其中16780Da蛋白质峰在损伤后4h、8h都可以检测到;5642Da蛋白质峰在损伤后4h、8h、12h都可以检测到;8194Da蛋白质峰在损伤后4h、8h、12h、24h都可以检测到;8128Da、6894Da蛋白质峰在损伤后4h、12h都可以检测到;8400Da、8243Da蛋白质峰在损伤后4h、12h、48h都可以检测到;15029Da、4807Da、9669Da、7104Da蛋白质峰在损伤后4h、24h都可以检测到;9086Da、6530Da、7578Da、8371Da蛋白质峰在损伤后4h、48h都可以检测到;13001Da、17194Da、6960Da蛋白质峰在损伤后4h、8h、48h都可以检测到;9404Da蛋白质峰在损伤后4h、24h、48h都可以检测到;6245Da蛋白质峰在损伤后12h、24h都可以检测到;7142Da蛋白质峰在损伤后12h、48h都可以检测到;10264Da、10659Da蛋白质峰在损伤后24h、48h都可以检测到;10859Da蛋白质峰在损伤后4h、8h、12h、48h都可以检测到。在H4芯片上有9个蛋白质峰在两个以上时间点都可以检测到,6549Da蛋白质峰在损伤后4h、24h都可以检测到;5441Da蛋白质峰在损伤后4h、8h都可以检测到;5651Da蛋白质峰在损伤后4h、8h、24h都可以检测到,14123Da蛋白质峰在损伤后8h、24h都可以检测到;5988Da蛋白质峰在损伤后8h、48h都可以检测到;7069Da蛋白质峰在损伤后8h、12h、24h都可以检测到;
6408Da蛋白质峰在损伤后12h、48h都可以检测到;6920Da蛋白质峰在损伤后12h、24h都可以检测到;6655Da蛋白质峰在损伤后24h、48h都可以检测到。 (4)脑损伤后表达上调或下调的差异蛋白质:与手术对照组脑干蛋白质谱相比,脑损伤后有228个蛋白质表达增高,有17个蛋白质表达降低。
结论:
1.机械性脑损伤可引起脑干蛋白质表达谱变化。
2.在脑干中检测到的差异蛋白质以及损伤后新出现的蛋白质峰,可能是脑损伤生物标志蛋白,对其进行进一步研究,可深入了解脑损伤的分子机制,并有望用于脑损伤的诊断和治疗。