过氧化物还原酶6在脑缺血再灌注损伤中的作用及机制研究

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过氧化还原酶6(Peroxiredoxin6,Prdx6)是一种具有非硒谷胱甘肽过氧化物酶(no-Se gluta-thione peroxidase,NSGPx)和酸性非钙依赖的磷脂酶A2活性(acid calcium-independent phospholipidase A2,aiPLA2)的双功能蛋白。前期本课题组人员发现,与假手术组相比,大鼠大脑中动脉阻塞模型(middle cerebral artery occlusion,MCAO)中Prdx6显著上调。免疫荧光(Immunofluorescence,IF)共标的方法发现,MCAO大鼠的脑组织中上调的Prdx6蛋白主要表达在星形胶质细胞中,而在小胶质细胞和神经元中不表达。随后,为了进一步研究Prdx6在脑缺血再灌注损伤中对大鼠大脑中神经细胞的作用,本课题组成功构建了Prdx6敲除大鼠。行为学检测显示Prdx6敲除后,与野生型(Wild type,WT)大鼠相比,水迷宫实验中大鼠的游泳总距离、穿越平台次数、平均速度、穿越象限次数水中和停留时间均无统计学差异。旷场实验中,Prdx6敲除组大鼠的移动总距离、平均速度、穿格次数、站立次数和捋毛次数较WT组明显降低。而粪便量两组间无显著性差异。免疫组织化学法(Immunohistochemistry,IHC)检测发现Prdx6敲除后神经元标记物神经核蛋白(Neural nuclei protein,NeuN)染色深浅程度明显比WT组浅(P<0.01);用离子钙接头蛋白-1(Ionized calcium bindingadaptor molecule-1,IBA-1)标记小胶质细胞,发现Prdx6敲除后内嗅皮层IBA-1阳性细胞数量明显较WT组增多(P<0.01);Prdx6敲除对星形胶质细胞标记物胶质纤维酸性蛋白(Glial fibrillary acidic protein,GFAP)染色深浅程度没有影响,但Prdx6敲除组海马区域星形胶质细胞突起长度明显缩短(P<0.01)。同时对Prdx6敲除大鼠进行MCAO造模,2,3,5-氯化三苯基四氮唑染色法(2,3,5-Triphenyte-trazoliumchloride,TTC)发现,与WT组相比,Prdx6敲除组缺血灶面积明显减小(P<0.01)。IHC染色发现,在MCAO模型中,Prdx6敲除组神经元染色深浅程度明显比WT组深,且小胶质细胞激活减少。用增殖细胞核抗原(Proliferating cell nuclear antigen,PCNA)标记大鼠脑内增殖细胞神经细胞,发现Prdx6敲除模型组的增殖细胞数量较WT模型组增多。本研究发现:与WT组相比,Prdx6敲除组神经元染色变浅,小胶质细胞数量增多,星形胶质细胞突起缩短;MCAO模型后,Prdx6敲除组缺血中心区和缺血边缘区的神经元标记物染色加深,小胶质细胞激活减少,缺血灶面积减少,增殖细胞增多。该结果不仅阐述了Prdx6在脑缺血再灌注损伤中对大鼠脑神经细胞的影响,也为脑卒中的靶向治疗奠定基础。
  目的:
  1.检测大鼠MCAO模型中Prdx6表达情况及神经元、小胶质细胞和星形胶质细胞标志物的变化;
  2.比较WT大鼠和Prdx6敲除大鼠记忆力和探索能力的差别,以及Prdx6敲除对神经元、小胶质细胞和星形胶质细胞的影响;
  3.观察在Prdx6敲除对大鼠大脑缺血再灌注的影响,包括Prdx6对神经元、小胶质细胞、星形胶质细胞和缺血灶面积的影响;
  方法:
  用聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction,PCR)鉴定Prdx6敲除大鼠是否构建成功。水迷宫实验和旷场实验检测大鼠记忆力和探索能力。运用大鼠中动脉阻塞模型构建脑缺血再灌注损伤模型。苏木素-伊红(Hematoxylin-eosin,HE)染色法和TTC染色法证明MCAO模型是否成功;免疫荧光法(IF)检测星形胶质细胞的突起变化;蛋白印迹(WB)检测MCAO造模之后Prdx6、NeuN、GFAP、IBA-1蛋白表达情况;免疫组织化学法(IHC)检测组织切片中NeuN、GFAP、IBA-1的表达情况;TTC染色法检测野生型MCAO组和Prdx6敲除MCAO组中缺血灶面积的改变。
  结果:
  1.MCAO模型增加Prdx6蛋白表达,并且小胶质细胞和星形胶质细胞明显激活,神经元大量丢失
  用HE染色法和TTC染色法验证造模是否成功。HE染色中发现缺血区域组织坏死液化,胞质颜色深浅不均。TTC染色显示,脑片中出现白色部分为缺血坏死部分,未缺血部分为红色,说明造模成功。分离假手术组和MCAO组缺血侧皮质,用WB方法检测皮质中的Prdx6、GFAP、IBA-1和NeuN蛋白的表达情况,与假手术组相比,MCAO造模组Prdx6、GFAP和IBA-1的明显升高,NeuN的表达明显减少,均具有统计学意义。
  2.Prdx6敲除对大鼠记忆力无明显影响,但会明显减弱大鼠对外界的探索能力
  为了探究Prdx6敲除对大鼠记忆力和空间探索能力的影响,进行了水迷宫实验和旷场实验。水迷宫结果显示,Prdx6敲除对大鼠记忆力没有影响,数据结果显示无统计学差异。之后进行为期一天的旷场实验,与野生型对照组相比,Prdx6敲除大鼠总路线长度、平均速度、穿格次数和捋毛次数均有下降趋势,且有统计学差异。粪便量两组间无明显差异。
  3.Prdx6敲除缩小MCAO模型中缺血灶面积
  取野生型和Prdx6敲除大鼠进行MCAO造模,缺血2h,再灌注24h后取脑,用PBS冲洗后,放入-20℃冰箱冻2h,切成相同厚度的2mm薄片,用TTC进行染色。结果显示,Prdx6敲除MCAO模型大鼠第三和第四片脑片区域缺血灶面积较野生型MCAO组明显缩小,且具有统计学差异(P<0.01)。
  4.Prdx6敲除减弱神经元NeuN染色,增加小胶质细胞数量,而对星形胶质细胞GFAP染色没有影响,但会使星形胶质细胞突起变短
  主要分析大鼠脑的皮质中的内嗅皮层和海马的CA1、CA2和CA3区域。用IHC检测神经细胞的变化。发现与野生型大鼠相比,Prdx6敲除大鼠的皮质和海马NenN染色明显变浅,具有统计学差异(P<0.01);海马区域小胶质细胞数量减少,但没有统计学差异,可能是因为小胶质细胞在海马区域表达较少。但在皮质内嗅皮层区域,小胶质细胞明显减少,具有统计学差异(P<0.01);接着用GFAP标记星型胶质细胞,发现与野生型对照组相比,Prdx6敲除对大鼠皮质和海马中的星形胶质细胞染色均没有影响,无统计学差异。之后进行了免疫荧光单标实验,用GFAP标记星形胶质细胞,在激光共聚焦显微镜下观察星形胶质细胞突起长度的变化。结果显示,与野生型相比,Prdx6敲除之后星形胶质细胞突起变短。
  5.Prdx6敲除增加MCAO模型大鼠神经元染色,减少小胶质细胞激活
  同样用IHC检测野生型MCAO模型组和Prdx6敲除MCAO模型组中神经元和小胶质细胞的数量变化。用NeuN标记神经元,Prdx6敲除组缺血中心区和缺血边缘区的神经元染色明显较野生型组深,且均具有统计学差异。接着用IBA-1标记小胶质细胞,发现与野生型对照组相比,Prdx6敲除大鼠缺血边缘区的小胶质细胞激活明显减少,且具有统计学差异(P<0.05),但在缺血中心区无统计学差异,可能是因为缺血区域脑细胞损伤严重,几乎无完整脑细胞形态。
  结论:
  1.在MCAO模型大鼠的大脑皮层中,Prdx6蛋白表达明显上调,小胶质细胞标记物IBA-1和星形胶质细胞标记物GFAP明显减少,神经元标记物NeuN大量丢失;
  2.Prdx6敲除对大鼠记忆力无明显影响,但能降低大鼠空间探索能力;
  3.Prdx6敲除减少神经元标记物NeuN表达,增加小胶质细胞数目,使星形胶质细胞突起变短;
  4.在MCAO模型中,Prdx6敲除增加神经元标记物NeuN表达,减少小胶质细胞激活,减少缺血灶面积.
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