Notch通路在电针预处理诱导脑缺血保护中的作用研究

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随着我国人口老龄化日益严重,缺血性脑卒中已成为危害人民群众健康的致命杀手。在缺血性脑卒中的治疗中,无论是溶栓还是动脉介入治疗,目的都是使闭塞的脑动脉再通,恢复梗死区的血液供应,而再灌注过程往往加重组织细胞功能、代谢障碍及结构破坏,即出现再灌注损伤。寻找有效的细胞保护方法,防治脑缺血/再灌注损伤,促进脑卒中后中枢神经系统结构和功能重建,一直是脑缺血保护研究的重点和热点。1990年Kitagawa等首先提出了脑缺血预处理的概念,研究证实,缺血预处理是一种疗效肯定的具有脑缺血保护效应的预防手段,但这种预处理方法因其有创性难以直接应用于临床。近年来发现重复电针刺激大鼠“百会”穴预处理,可模拟缺血预处理的脑保护效应,诱导“脑缺血耐受”,但确切机制尚不完全清楚。Notch信号通路最初是在研究果蝇神经系统发育的过程中发现的,该通路涉及发育过程中的多个决定点,调控大脑发育过程中神经干细胞的存活和凋亡。新近研究发现,成年大脑缺血损伤后Notch通路也被激活,Notch通路的激活可以促进缺血后神经干细胞的存活。尽管现有证据显示电针脑保护作用与PI3K/Akt和JAK/STAT通路活化有关;以及Notch通路激活可通过活化PI3K/Akt,并与JAK/STAT相互作用,调节神经干细胞的存活、分化及缺血性脑损伤后的神经修复。但至今尚不清楚Notch通路是否参与电针预处理诱导的脑缺血耐受效应及发挥何种作用。本研究采用大鼠大脑中动脉阻闭(MiddleCerebralArteryOcclusion,MCAO)模型,利用分子生物学和形态学研究技术,观察缺血再灌注前后对照组及电针预处理组不同脑区中Notch通路的活性变化,证实Notch信号通路是否参与了电针预处理诱导的脑缺血耐受效应,并初步探讨其在电针预处理脑保护效应中的作用。本研究分三部分:第一部分为电针预处理对不同脑区Notch通路活性的影响,目的是研究电针预处理对缺血再灌注前不同脑区Notch通路活化的特点;第二部分为电针预处理对缺血再灌注后纹状体中Notch通路活性的影响,目的是研究电针预处理对缺血再灌注后纹状体中Notch通路活化的特点。第三部分为阻断Notch通路激活对电针预处理诱导的脑缺血耐受效应的影响,目的是研究Notch通路是否参与电针预处理诱导的脑缺血耐受效应,及发挥何种作用。  第一部分电针预处理对不同脑区Notch通路活性的影响  方法  1.电针预处理对Notch通路相关分子mRNA含量影响  清洁级雄性SD大鼠18只(280-320g),随机分为3组:假手术组(Sham)、对照组(CON)和电针预处理组(EA),EA组动物连续电针预处理5天,分别于第一次预处理后2h和最后一次预处理后24h处死,进行实时定量PCR(RT-PCR),检测电针预处理后相关分子(Notch1、Notch4、Jag1、Hes1、Hes5)mRNA含量变化。  2.电针预处理对不同脑区蛋白质NICD含量影响  清洁级雄性SD大鼠18只(280-320g),分组同1,分别于第一次预处理后2h和最后一次预处理后24h处死,进行蛋白免疫印迹(Westernblotting)。  结果  1.电针预处理对缺血再灌注前不同脑区Notch信号通路相关分子mRNA的影响  RT-PCR检测大鼠海马及纹状体中Notch1、Notch4、Jag1、Hes1、Hes5基因发现,单次电针预处理后2h,EA组纹状体中Notch1和Notch4基因表达明显高于Sham组及CON组(P<0.05),Jag1、Hes1和Hes5基因表达无统计学差异;而海马中各种基因表达均无统计学差异。重复电针预处理5d后间隔24h,EA组纹状体中Notch1、Notch4和Jag1基因表达明显高于Sham组及CON组(P<0.05),Hes1和Hes5基因表达无统计学差异;而海马中Notch信号通路相关基因表达均无统计学差异。  2.电针预处理后不同脑区蛋白质NICD的含量变化  Westernblotting显示,单次电针预处理后2h和重复电针预处理5d后间隔24h,EA组海马及纹状体中NICD的含量与Sham组及CON组比较均无统计学差异。  第二部分电针预处理对缺血再灌注后纹状体中Notch通路活性的影响  方法  1.缺血再灌注后纹状体中蛋白质NICD的含量变化  清洁级雄性SD大鼠24只(280-320g),随机分为2组:对照组(CON)和电针预处理组(EA),EA组动物连续电针预处理5天,于最后一次预处理后24h行大脑中动脉阻闭(MCAO)模型,经历2h缺血。动物分别于MCAO前及再灌注(I/R)2h、24h和72h处死,进行蛋白免疫印迹(Westernblotting),检测缺血再灌注后纹状体中蛋白质NICD的含量变化。  2.电针预处理后NICD阳性细胞的分布和细胞定位  雄性SD大鼠6只,分组同1。再灌注24h后将动物处死,进行免疫荧光双标染色及细胞计数。  3.缺血再灌注后纹状体中Hes1及Hes5基因表达变化  清洁级雄性SD大鼠24只(280-320g),分组及处理方法同1。动物经历2h缺血,分别于MCAO前及再灌注2h、24h和72h处死,进行实时定量PCR(RT-PCR),检测缺血再灌注后纹状体中Hes1及Hes5基因mRNA的含量变化。  结果  1.电针预处理增加缺血再灌注早期纹状体中NICD的含量  NICD作为Notch通路活化的标志,缺血再灌注后2h及24h,EA组纹状体中NICD明显高于CON组(P<0.05),EA组NICD含量于I/R2h开始升高,I/R24h达高峰,随后逐渐下降;CON组再灌注后NICD持续升高,于再灌注后72h达高峰,明显高于EA组(P<0.05);缺血再灌注前,EA组与CON组NICD含量比较无统计学差异(P=0.35)。  免疫荧光双标染色发现,再灌注后24h缺血侧纹状体中,EA组Notch1NICD阳性细胞明显多于CON组,EA组NICD与NEUN双标的阳性细胞数也明显多于CON组(P<0.05)。  2.电针预处理增加缺血再灌注早期纹状体中Hes1及Hes5基因表达  RT-PCR检测Hes1及Hes5基因发现,缺血再灌注后2h及24h,EA组Hes1基因表达明显高于CON组(P<0.05),EA组Hes1基因表达于I/R2h最高,随后逐渐下降,于再灌注后72h低于CON组(P<0.05);缺血再灌注后24h及72h,EA组Hes5基因表达明显高于CON组(P<0.05);缺血再灌注前,EA组与CON组中Hes1及Hes5基因mRNA含量比较无统计学差异。  第三部分阻断Notch通路激活对电针预处理诱导的脑缺血耐受效应的影响  方法  1.侧脑室注射MW167对电针预处理后Notch通路活化的影响  清洁级雄性SD大鼠6只(280-320g),随机分为2组:电针预处理组(EA)和MW167+电针预处理组(EA+MW167),动物经历连续5天30min电针预处理,最后一次预处理后24h行大脑中动脉阻闭(MCAO)模型。EA+MW167组动物于MCAO前30min行侧脑室注射γ-分泌酶抑制剂MW167。动物经历2h缺血,于再灌注后24h处死,进行蛋白免疫印迹(Westernblotting),检测缺血再灌注后纹状体中蛋白质NICD的含量变化。  2.γ-分泌酶抑制剂MW167对脑缺血耐受效应的影响  清洁级雄性SD大鼠48只(280-320g),随机分为6组:假手术组(Sham),对照组(CON),电针预处理组(EA),γ-分泌酶抑制剂组(MW167),电针预处理+γ-分泌酶抑制剂MW167组(EA+MW167),电针预处理+溶剂组(EA+DMSO)。电针预处理及脑室注射方法同1,动物经历2h缺血,分别于I/R24h、48h和72h行Garcia神经功能障碍评分。I/R72h处死动物,TTC染色测定脑梗死容积。  结果  1.侧脑室注射γ-分泌酶抑制剂MW167有效阻断Notch通路激活  Westernblotting显示,I/R24h,EA+MW167组纹状体中NICD含量明显低于EA组(P<0.05),证实MW167(浓度为1mM)有效阻断Notch信号通路激活。  2.γ-分泌酶抑制剂MW167拮抗电针预处理所诱导脑缺血耐受效应  EA组、EA+DMSO组及MW167组在各个时间点NDS评分明显优于对照组,而EA组及EA+DMSO组NDS评分又明显优于MW167组。  再灌注72h后,CON组脑梗死容积明显大于EA组,EA+MW167组脑梗死容积也明显大于EA组;而EA+MW167组与CON组脑梗死容积差异没有统计学意义(P=0.056);EA+DMSO组与EA组脑梗死容积差异没有统计学意义(P=0.98)。  结论  1.缺血再灌注前,电针预处理可以增加纹状体中Notch通路的受体(Notch1和Notch4)和配体(Jag1)表达,但并未升高NICD的含量,故可认为其并未直接激活Notch通路。缺血再灌注后,电针预处理使纹状体中Notch通路在缺血再灌注早期激活,并较单纯缺血提前达峰。  2.阻断Notch通路激活可以拮抗电针预处理诱导的脑缺血耐受效应,提示电针预处理可能是通过激活Notch通路诱导脑缺血耐受效应。
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