二甲双胍预处理对心肺复苏后大鼠的脑保护作用和机制研究

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背景和目的:心脏骤停(Cardiac Arrest,CA)是全球范围内导致患者死亡的主要原因之一,而心肺复苏(Cardiopulmonary resuscitation,CPR)是心脏骤停患者最基本的抢救技术和方法,采取及时有效的心肺复苏对挽救患者的生命起到至关重要的作用。然而,心肺复苏引起的脑缺血再灌注损伤是导致患者预后差、死亡率高的重要原因。因此,深入研究心肺复苏后脑损伤的发生机制并积极探索复苏后的脑保护药物是临床中迫切需要解决的重要问题。二甲双胍是治疗2型糖尿病的主要药物之一,近年来越来越多的研究表明,二甲双胍除了具有降血糖的作用外,还具有神经保护功能。在本研究中,我们将探讨二甲双胍对大鼠心肺复苏后的脑保护作用和潜在机制,为二甲双胍改善心肺复苏后脑损伤提供潜在的治疗靶点。方法:建模大鼠使用电刺激法诱导大鼠心脏骤停模型和心肺复苏模型。观察二甲双胍预处理14后大鼠的存活率、恢复自主循环例数、神经功能评分以及脑组织的神经损伤;分别比较Sham组、CA/CPR组和二甲双胍处理组在心肺复苏后三天血浆和脑组织中促炎因子IL-6、TNF-α、IL-1β水平和抑炎因子IL-10、IL-4表达;同时检测脑组织中MDA含量和SOD活性。采用TUNEL法检测各组脑组织中神经细胞凋亡情况,同时采用Western blot方法检测凋亡相关蛋白Bcl-2和Bax水平;通过检测脑组织中JC-1水平反映各组大鼠脑组织中线粒体膜电位的变化情况;采用Western blot方法、免疫组织化学方法检测各组脑组织中Grp78和XBP-1水平;用内质网应激抑制剂联合二甲双胍处理心肺复苏后大鼠,采用Western blot方法检测Grp78和CHOP蛋白表达,同时计算大鼠7天的生存率和NDS评分;CA/CPR组,二甲双胍组、二甲双胍加自噬抑制剂组、二甲双胍加AMPK抑制剂组分别处理心肺复苏后大鼠,采用Western blot方法检测自噬蛋白LC3、P62表达和AMPK信号活化情况,并计算大鼠7天的生存率和NDS评分。结果:采用电刺激法成功构建大鼠心脏骤停和心肺复苏模型。与CA/CPR组相比,二甲双胍处理心肺复苏后大鼠的存活率和恢复自主循环例数明显增多,同时神经功能评分显著升高。二甲双胍处理脑组织中凋亡和坏死细胞数目显著减少,脑组织损伤受到显著抑制。与CA/CPR组相比,二甲双胍处理可以降低大鼠在心肺复苏后其血清和脑组织中促炎因子IL-6、TNF-?及IL-1?的水平,升高抗炎细胞因子IL-10和IL-4的含量。此外,二甲双胍处理以后,心肺复苏大鼠脑组织中MDA产生明显减少,而SOD活性明显提高。与CA/CPR组相比,二甲双胍处理组中凋亡细胞百分率显著下降,同时Bcl-2表达明显升高而Bax表达下降;用二甲双胍处理以后,心肺复苏后大鼠脑组织中线粒体膜电位下降,说明二甲双胍可抑制心肺复苏后大鼠线粒体损伤;与CA/CPR组相比,二甲双胍可抑制大鼠在心肺复苏后Grp78和XBP-1表达,用内质网应激抑制剂联合二甲双胍处理后,可进一步下调二甲双胍引起的Grp78和XBP-1表达变化。同时与二甲双胍单独组相比,二甲双胍联合内质网应激抑制剂可明显提高大鼠的存活率和神经功能。与对照组相比,二甲双胍处理以后自噬相关基因LC3Ⅱ的表达水平明显增加而P62蛋白水平减少,说明二甲双胍处理可促进心肺复苏后大鼠自噬。在加入自噬抑制剂以后,可明显抑制二甲双胍对心肺复苏后大鼠的存活率和神经功能的保护作用;与对照组相比,二甲双胍处理以后可明显激活AMPK信号通路,在二甲双胍处理组中加入AMPK信号抑制剂以后,可明显抑制自噬相关基因的表达。此外,与二甲双胍单独处理组相比,二甲双胍联合AMPK抑制剂处理组中大鼠的存活率下降、神经功能评分降低。结论:二甲双胍对心肺复苏后大鼠发挥脑保护作用,二甲双胍通过抑制炎症反应、氧化应激过程、神经细胞凋亡、线粒体损伤、内质网应激并激活AMPK信号通路促进自噬从而抑制大鼠心肺复苏后脑损伤,为二甲双胍临床治疗心肺复苏后脑损伤提供潜在依据。
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