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肠缺血/再灌注(ischemia/reperfusion,I/R)损伤是外科实践中常见的组织器官损伤之一,在严重感染、创伤、休克、心衰以及肠梗阻、小肠移植术等疾病的病理生理演变过程中起重要作用,它不仅引起肠道局部损害,还导致肠外器官的损伤,甚至多器官功能不全。
基于双向电泳(two-dimensional electrophoresis,2-DE)和质谱分析的蛋白质组学已经有了广泛的应用。目前,尚无采用蛋白质组学方法探讨IPC抗大鼠肠I/R损伤肠黏膜差异表达蛋白的报道。因此,本实验拟采用阻断与开放大鼠肠系膜上动脉(superior mesenteric artery,SMA)所致的肠I/R肠黏膜损伤的模型,从以下三部分进行研究:1、复制大鼠肠I/R肠黏膜损伤模型,并确立有效的IPC保护策略,为下一步蛋白组学研究作准备;2、采用2-DE分离肠黏膜差异表达的蛋白,然后采用质谱法鉴定这些蛋白,最后采用逆转录聚合酶链式反应(Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction,RT-PCR)或Western blot技术选择验证有意义的差异表达蛋白;3、选择某一个验证过的差异表达蛋白,采用其抑制剂来进一步研究它与IPC抗大鼠肠I/R肠黏膜损伤的关系,并探讨相关机制。
第一部分缺血预处理对大鼠肠缺血/再灌注肠黏膜损伤的作用
目的:
1.建立大鼠肠I/R肠黏膜损伤的模型。
2.证实有效的抗大鼠肠I/R肠黏膜损伤的IPC策略。
3.为下一步蛋白组学研究作准备。
结论:
1.肠系膜上动脉阻断60min,开放60min可致大鼠小肠黏膜损伤,提示肠I/R肠黏膜损伤模型能被稳定复制。
2.肠系膜上动脉阻断10min,开放10min,一个循环的IPC策略对大鼠肠I/R肠黏膜损伤有保护作用,提示本研究中IPC策略是有效的。
第二部分
缺血预处理抗大鼠肠缺血/再灌注肠粘膜损伤的蛋白质组学研究
目的:
1.应用蛋白质组学方法分离、鉴定IPC抗肠I/R肠黏膜损伤的肠黏膜差异表达蛋白。
2.采用RT-PCR或Western blot方法进一步验证有意义的差异蛋白的表达。
3.初步探讨IPC可能的肠保护机制。
方法:
1.动物模型
成年雄性SD大鼠20%乌拉坦0.6ml/100mg腹腔注射后仰卧固定于手术台,常规消毒,经腹正中切口,分离SMA,微动脉夹夹闭,缝合切口。60min后经原切口进腹,取出动脉夹,恢复血供,60min后取标本。
2.IPC策略
在长时间阻断SMA之前,先用动脉夹夹闭SMA10min,再松开10min,一个循环。
3.实验分组
24只成年雄性SD大鼠随机分为3组:
Control组:只分离SMA120min。
Injury组:分离SMA,微动脉夹夹闭,缝合切口。60min后经原切口进腹,取出动脉夹,恢复血供,60min后取标本。
IPC组:在长时间阻断SMA之前,先用动脉夹夹闭SMA10min,再松开10min,余同Injury组。
4.观察指标
4.1小肠黏膜组织差异表达蛋白:采用2-DE方法分离肠黏膜组织差异表达的蛋白;采用质谱法鉴定上述差异表达的蛋白。
4.2RT-PCR验证:分析所有鉴定的差异表达的蛋白,对有意义的(与肠I/R损伤有关)蛋白采用RT-PCR方法验证,观察其是否在小肠黏膜组织有表达。
5.统计学分析
所有计量数据以x±s表示,经SPSS13.0统计软件包处理。多组均数比较使用方差分析,两两比较采用LSD-t检验。2-DE分析采用ImageMaster2DElite5.0软件。P<0.05认为差异有统计学意义。
结果:
1.小肠黏膜组织蛋白质组学研究
Control组、Injury组和IPC组分别有(1287±20)、(1404±20)和(1338±20)个蛋白质点得到分离,Control组和Injury组组间比较有16个差异表达的蛋白,Injury组和IPC组组间比较有14个差异表达的蛋白。经分析文献后,发现醛糖还原酶、醛脱氢酶、顺乌头酸酶等蛋白涉及抗氧化、抑制凋亡和改善能量代谢等功能,而这些功能与肠I/R损伤的机制有关。
2.肠I/R和肠IPC对肠I/R后肠黏膜醛糖还原酶mRNA表达的影响
通过文献复习发现醛糖还原酶与IPC的心肌保护作用有关,因此推测它也可能与IPC的肠黏膜保护作用有关。故本研究中对其在肠黏膜的表达进行了验证。Injury组和IPC组的肠黏膜醛糖还原酶mRNA的表达均显著小于Control组(P<0.01),而IPC组显著高于Injury组(P<0.05),与2-DE的结果一致。提示I/R能下调醛糖还原酶的mRNA表达,而IPC可上调其表达。
结论:
1.蛋白质组学研究揭示IPC的肠保护机制可能与其上调醛糖还原酶、醛脱氢酶、顺乌头酸酶等一些具有抗氧化、抑制细胞凋亡及改善能量代谢的蛋白有关。
2.肠I/R下调肠黏膜醛糖还原酶mRNA的表达,IPC能减轻肠I/R导致的肠黏膜醛糖还原酶mRNA表达的下调,提示醛糖还原酶可能介导IPC抗肠I/R肠黏膜损伤。
第三部分醛糖还原酶在缺血预处理抗大鼠肠缺血/再灌注肠粘膜损伤中的作用
目的:
1.在第二部分研究基础上,进一步证实醛糖还原酶在缺血预处理抗大鼠肠缺血/再灌注肠黏膜损伤中的作用。
2.初步探讨醛糖还原酶介导缺血预处理抗大鼠肠缺血/再灌注肠黏膜损伤的作用的机制。
结果:
1.小肠组织光学显微镜下形态学及改良的Chiu's评分变化
光镜下可见Control组肠黏膜完整,Injury组和Epalrestat组损伤严重,IPC组和DMSO组损伤轻微。IPC组小肠改良的Chiu's评分和DMSO组无统计学差异(P>0.05),但均显著高于Control组(P<0.01);Epalrestat组与Injury组均显著高于IPC组和DMSO组(P<0.05),两组间无统计学差异(P>0.05)。
2.小肠黏膜组织LD含量的变化
IPC组小肠黏膜LD与DMSO组无统计学差异(P>0.05),但均显著高于Control组(P<0.01);Epalrestat组与Injury组均显著高于IPC组和DMSO组(P<0.05),两组问无统计学差异(P>0.05)。
3.小肠黏膜MDA含量的变化
IPC组小肠黏膜MDA含量和DMSO组无统计学差异(P>0.05),但均显著高于Control组(P<0.01);Epalrestat组与Injury组均显著高于IPC组和DMSO组(P<0.05),两组间无统计学差异(P>0.05)。
4.小肠黏膜组织MPO活性的变化
IPC组小肠黏膜MPO活性和DMSO组无统计学差异(P>0.05),但均显著高于Control组(P<0.01);Epalrestat组与Injury组均显著高于IPC组和DMSO组(P<0.05),两组间无统计学差异(P>0.05)。
结论:
1.醛糖还原酶介导缺血预处理抗大鼠肠缺血/再灌注肠黏膜损伤的作用。
2.醛糖还原酶在缺血预处理抗大鼠肠缺血/再灌注肠黏膜损伤中的作用与抑制肠黏膜氧化应激及中性粒细胞的聚集有关。