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【目的】探讨NSC和OEC联合移植对脊髓全横断损伤大鼠的运动功能及大脑皮质运动区神经元的保护作用,并探讨其作用机制。【方法】采用细胞培养、免疫组织化学、TUNEL法、蛋白质印迹法和逆转录聚合酶链式反应等技术,结合动物行为学观察(BBB评分及运动诱发电位检测),研究全横断脊髓损伤及NSC和OEC联合移植后,损伤大鼠运动功能的变化、大脑皮质运动区神经元的存活与凋亡、相关凋亡基因表达变化及其信号转导分子的调节。【结果】1.T9全横断脊髓损伤后,大鼠后肢运动功能完全丧失,随时间延长,有一定的(甚至无)自发性恢复,但此种自发性恢复能力非常有限。在脊髓全横断损伤后的1~4周的各个时间点,手术组大鼠BBB评分明显低于假手术组(P<0.001)。术后4周,手术组80%的大鼠未检测到MEP,20%的大鼠检测到波幅极低的MEP波形;假手术组MEP检出率为100%,波幅、潜伏期正常。细胞凋亡TUNEL检测显示:术后2周,手术组大脑皮质V层TUNEL阳性细胞数较假手术组增多(P<0.05)。免疫组化结果表明:术后4周,手术组大脑皮质V层NeuN阳性细胞数较假手术组减少(P<0.05);同时,手术组Bax和Caspase-3的阳性细胞数较假手术组明显增多(P<0.05),而Bcl-2两组相比无统计学差异(P>0.05)。RT-PCR结果显示:大脑皮质运动区Bax的表达在手术组各时间点与假手术组比较均无差异(P>0.05);而Bcl-2的表达术后14天和28天较假手术组明显减少(P<0.05);Caspase-3则在术后3天较假手术组表达高(P<0.05),其他时间点接近假手术组水平。2.从细胞移植术后第3周末开始,NSC和OEC联合移植组大鼠后肢运动功能的恢复明显优于单纯全横断组(P<0.05);三个细胞移植组大鼠的BBB评分在整个恢复过程中均有明显的提高,其中NSC和OEC联合移植组的BBB分值在第3周末高于NSC移植组和OEC移植组,在第4周末高于NSC移植组(P<0.05);NSC移植组和OEC移植组的BBB评分在移植术后第4周末高于单纯全横断组(P<0.05)。细胞移植术后4周,各细胞移植组均有不同程度的MEP波幅,但均明显低于假手术组(P<0.01);NSC和OEC联合移植组的所有受试动物均检测到MEP波形,检出率达100%,NSC和OEC单独移植组MEP检出率均为50%。细胞移植后2周,假手术组和各细胞移植组大鼠大脑皮质V层TUNEL阳性染色细胞较单纯全横断手术组少(P<0.05);联合移植组较OEC移植组细胞凋亡数少(P<0.05)。细胞移植术后4周,免疫组化结果显示:尽管全横断损伤组、NSC和OEC单独移植组的NeuN阳性细胞数较假手术组明显减少(P<0.05),而NSC和OEC联合移植组与假手术组相比却无明显差异(P>0.05),说明细胞联合移植可减轻皮质运动神经元的凋亡。结果还发现:联合移植组大脑皮质V层抗凋亡因子Bcl-2阳性细胞数较各对照组多(P<0.05);而联合或单细胞移植组促凋亡基因Bax阳性细胞数均较手术组减少(P<0.05);Caspase-3阳性细胞数仅联合移植组和OEC移植组较手术组减少,且联合移植组较两种细胞单一移植组减少明显(P<0.05)。RT-PCR检测发现:NSC和OEC联合移植后3天,Bax mRNA的表达较NSC移植组增多,但较OEC移植组降低(P<0.05);而在联合移植后14天和21天,Bcl-2的表达较OEC移植组增高(P<0.05);Caspase-3的表达在移植后3天和7天较手术组表达降低(P<0.05),移植后14天,较NSC移植组表达降低(P<0.05)。3.信号通路分子RT-PCR检测显示:细胞移植术后3天,联合移植组、OEC移植组和手术组大脑皮质运动区PKB mRNA的表达均明显高于NSC移植组(P<0.05),手术组还较假手术组表达高(P<0.05);而术后14天,NSC移植组PKB mRNA的表达明显回升且显著高于OEC移植组(P<0.05);移植术后21天,NSC和OEC联合移植组PKB mRNA的表达较NSC移植组和OEC移植组高(P<0.05),其中,OEC移植组还低于手术组和假手术组(P<0.05)。术后7天和28天,各组比较无差异(P>0.05)。比较之,单独和联合移植术后ERK1mRNA的表达在各时间点均较假手术组和手术组明显减低(P<0.01);且术后3天,NSC移植组高于OEC移植组和联合移植组(P<0.01)。Stat-3 mRNA的表达则表现为细胞移植术后3天,联合移植组和OEC移植组较假手术组及手术组表达高(P<0.05);移植术后14天手术组较假手术组降低(P<0.05),而各细胞移植组均较手术组明显升高(P<0.05);在细胞移植术后21天,各细胞移植组Stat-3的表达均较假手术组降低(P<0.05);而在移植术后28天,NSC移植组Star-3较假手术组和联合移植组表达增高(P<0.05)。进而,Western-blot检测结果发现:移植术后14天,联合移植组Akt非磷酸化蛋白、ERK1/2磷酸化蛋白的表达均比手术组和假手术组高,且Akt非磷酸化蛋白在NSC移植组比手术组表达高(P<0.05)。联合移植组非磷酸化Stat-3的表达较假手术组、手术组、NSC移植组表达高(P<0.05);Akt磷酸化蛋白、Stat-3磷酸化蛋白和ERK1/2非磷酸化蛋白的表达各组间比较均无差异(P>0.05)。4.体外共培养显示:NSC和OEC共培养7天,联合培养组NeuN阳性细胞数较NSC单独培养组多(P<0.05),而未分化的Nestin阳性细胞较单独培养组低(P<0.05);GFAP和APC阳性细胞分化率两组比较无差异(P>0.05)。提示OEC可能促进NSC向神经细胞分化。【结论】1.脊髓全横断损伤后可能有部分自主运动功能恢复,但非常有限,需要寻找有效的治疗措施;脊髓全横断损伤引发大脑皮质运动区神经元凋亡基因表达失控,进而导致细胞凋亡,因此,脊髓损伤的研究必须考虑到脊髓自身以外的损害,特别是大脑皮质。2.NSC和OEC作为两种有用的“种子”细胞,其单独和联合移植能有效促进脊髓损伤大鼠运动功能部分恢复,且联合移植优于单细胞移植。3.NSC和OEC联合移植发挥作用的机制可能涉及:①OEC能促进NSC的增殖和向神经元分化;②减少大脑皮质运动区神经元凋亡;③促进抗凋亡因子Bcl-2的基因和蛋白质表达;④调节ERK1/2信号转导通路。