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目的:帕金森病(Parkinson’s disease,PD)是一种常见于中老年人中枢神经系统(CNS)的退行性疾病。随着人类社会人口的老龄化现象日趋严重,该病已经成为严重影响人类健康的重要疾病之一。PD的主要病理改变为中脑黑质多巴胺(dopamine DA)能神经元进行性退变,由此导致纹状体递质系统功能紊乱,临床上出现一系列神经系统症状。主要表现为静止性震颤、肌强直、运动迟缓及姿态反射障碍等。目前内科药物治疗主要是补充纹状体内DA的含量,而外科治疗则着重于改变神经环路的异常活动。虽然均可以在一定程度上缓解PD的症状,但并不能阻止DA能神经元的慢性进行性丢失,因而不能从根本上有效的治疗PD。
神经干细胞(Neural Stem Cells,NSCs)是具有分化为神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞的能力,可自我更新并提供脑组织细胞的干细胞。Reynods和Richards等于1992年首次从成年动物脑中培养出了具有NSCs特性的细胞,之后科学家发现成人的中枢和外周神经系统中存在NSCs,NSCs的出现为神经退行性疾病如帕金森病、阿尔茨海默病的功能重建以及神经系统损伤如脑、脊髓损伤的修复带来了希望。骨髓基质细胞(bone marrow stromal cells BMSCs)具有自我更新、多分化潜能,能在体外大量培养,可诱导分化形成神经干细胞、神经元、胶质细胞,分泌脑源性神经生长因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)、胶质细胞源性神经生长因子(glial cell line-derived neurotrophic factor,GDNF)等多种神经营养因子(neurotrophic factors,NTFs),为解决细胞移植的供体带来新的途径。
在本研究中采用同种异体来源的中脑NSCs和BMSCs在体外扩增培养后立体定向移植到PD大鼠的纹状体,观察PD大鼠的行为学变化及组织形态学变化,比较NSCs和BMSCs移植治疗PD大鼠模型的神经营养作用及其对纹状体突触重塑的能力的影响。
方法:①动物:封闭群清洁级成年雌性Sprague-Dawley(SD)大鼠和新生SD大鼠。②实验方法:成年SD大鼠麻醉后借助脑立体定位仪注射6-OHDA建立右侧PD模型,随机数字表法分为NSCs组14只、BMSCs组10只、空白对照组10只,选取右侧纹状体2个坐标点,前两组每个坐标点分别注入经Brd-U标记的NSCs悬液、BMSCs悬液5μl,共移植约1×106个细胞,空白对照组注射等量PBS。③实验评估:细胞移植后连续8周观察APO诱导的大鼠旋转行为的变化,对脑纹状体区连续冠状石蜡切片进行免疫组织化学染色检测纹状体移植区BDNF、GDNF、SYN表达的变化。
结果:1.PD大鼠行为学改变:与移植前比较,APO诱导2-8周NSCs组和BMSCs组PD大鼠的旋转次数均明显减少,这两组转数分别从移植前的(15.0±5.0)r/min和(11.6±3.3)r/min降到治疗后第8周的(7.3±3.4)r/min和(5.7±3.6)r/min,移植前后数据相比,差异都有统计学意义(P<0.05);空白对照组移植前旋转次数为(14.4±3.8)r/min,移植后第8周旋转次数为(12.5±2.8)r/min,移植前后数据无明显变化,差异无统计学意义(P>0.05)。与空白对照组比较,APO诱导2-8周NSCs组和BMSCs组PD大鼠的旋转次数均明显减少(P<0.01),此两组间各时间点比较差异无显著性意义(P>0.05)。2.免疫组织化学染色结果:移植治疗8周后,纹状体移植区附近SYN、BDNF、GDNF免疫反应产物的变化如下:(1)NSCs组和BMSCs组纹状体移植区较对侧SYN(0.195±0.025 vs0.092±0.024,0.245±0.030 vs0.106±0.020)、BDNF(0.189±0.019 vs0.143±0.017,0.2779±0.021vs0.175±0.025)、GDNF(0.183±0.012 vs0.141±0.018,0.230±0.021 vs0.160±0.028)的表达增多,差异有统计学意义(P<0.01);对照组纹状体移植区较对侧SYN(0.110±0.191 vs0.091±0.023)、BDNF(0.116±0.269 vs0.129±0.023)、GDNF(0.126±0.019 vs0.126±0.027)的表达无明显变化,差异无统计学意义(P>0.05)。(2)NSCs组和BMSCs组BDNF(0.0463±0.0205 vs0.0134±0.0235,0.107±0.0248vs0.0134±0.0235)、GDNF(0.042±0.0096 vs-0.0015±0.026,0.070±0.033 vs-0.0015±0.026)的表达较对照组明显增多,差异有统计学意义(P<0.01);BMSCs组较NSCs组增多更明显(0.0463±0.0205 vs0.107±0.0248,0.042±0.0096 vs0.070±0.033),此两组间比较差异有统计学意义(P<0.01)。(3)NSCs组和BMSCs组SYN的表达较对照组增多(0.159±0.224 vs0.0002±0.021,0.139±0.025 vs0.0002±0.021),差异有统计学意义(P<0.01);NSCs组与BMSCs组间比较(0.159±0.224 vs0.139±0.025)差异无统计学意义(P>0.05)。
结论:①NSCs和BMSCs纹状体移植第2~8周均可明显改善APO诱导的PD大鼠旋转行为。②NSCs和BMSCs移植明显增加PD大鼠纹状体移植区BDNF、GDNF、SYN的表达水平,推测NSCs和BMSCs移植可以通过神经营养效应调节神经细胞的可塑性,从而改善PD症状。③BMSCs移植在纹状体移植区表达性BDNF、GDNF较NSCs移植更多,其神经营养效应可能更强,更适合应用于临床自体移植。