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目的:既往脑缺血后神经功能康复的研究重点在于保护神经元,但近年发现白质损害也是脑缺血后神经功能障碍的一个重要原因,卒中后脑保护药物临床研究的失败的原因之一,可能与忽视缺血后的白质损伤有关。为此,本课题利用大鼠大脑中动脉阻塞(middle cerebral artery occlusion,MCAO)再灌注模型,系统观察大鼠脑缺血再灌注后不同时间点髓鞘和轴突损伤的病理变化,检测少突胶质细胞转录因子Oligl、轴突生长抑制因子Nogo-A在脑缺血后不同时间点的蛋白和基因表达的变化规律,探讨Oligl、Nogo-A与缺血再灌注白质损伤的关系。
方法:利用线栓法制备雄性SD大鼠MCAO模型,随机分为缺血2h再灌注6h、12h、1d、3d、7d、14d和21d组,每组12只。另取12只作假手术组。
(1)取不同时间点脑组织石蜡切片,常规HE染色,光镜下观察病变区的病理变化;Luxol fast blue-periodic acid Schiff(LFB-PAS)染色法标记大脑神经髓鞘,Bielschowsky’s银染法标记大脑神经轴突,并计算缺血侧与健侧髓鞘染色的积分光密度(integrated optical densities,IODs)比值以代表白质受损程度。
(2)免疫组化方法检测各时间点Oligl及Nogo-A在大脑白质区的蛋白表达;免疫荧光激光共聚焦显微成像技术观察Oligl蛋白阳性表达的位置。
(3)提取不同时间点缺血侧大脑白质区域总RNA,逆转录为cDNA,采用实时定量PCR方法(Relative Quantification PCR,RQ-PCR)检测Oligl及Nogo-A基因在缺血再灌注后各时间点的表达量。
结果:
(1)形态学检测结果:
HE染色:MCAO再灌注6h,已经出现细胞间质水肿、核深染、核固缩国家自然科学基金资助项目(30570626)和细胞的变性坏死。随再灌注时间延长,损伤逐渐加重,神经元进一步减少。7d时可见胶质细胞增生,再灌注14d及21d胶质细胞增生更加明显。髓鞘及轴突染色:髓鞘染色IODs比值于再灌注6h时开始下降(与假手术组相比,P<0.001);12h时有空洞形成,再灌注14d髓鞘损伤达到高峰,IODs比值降到最低,髓鞘脱失明显;21d的髓鞘IODs比值与14d相比较无明显差异(P>0.05)。轴突变化规律与髓鞘基本相同。
(2)Oligl、NogoA在大脑白质区的蛋白表达:
Oligl的蛋白表达:假手术组及缺血再灌注不同时间组的Oligl蛋白阳性表达均位于少突胶质细胞的细胞浆。再灌注6-12h,阳性细胞数开始减少;再灌注7d,阳性细胞数减少到最低点;缺血再灌注后14d,Oligl的阳性表达又开始增加,且增加主要位于缺血白质周边区。
Nogo-A的蛋白表达:Nogo-A阳性表达主要位于神经元和少突胶质细胞,再灌注1d,阳性细胞数开始减少;再灌注7d,阳性细胞数减少到最低;缺血再灌注14d,Nogo-A阳性表达又开始增加。
(3)Oligl、Nogo-A在大脑白质区的基因表达:
实时定量PCR显示:Oligl基因表达在缺血再灌注6h开始减少(与假手术组相比,P<0.05),7d时表达量降至最低;14d时表达开始上调,恢复至基础水平;21d时表达量进一步升高,且明显高于假手术组(P<0.001),差异具有统计学意义。
Nogo-A基因表达在缺血再灌注1d时表达量开始减少(与假手术组相比,P<0.05),7d时降至最低,14d至21d表达量开始上调,21d时仍低于假手术组水平(与假手术组相比,P<0.001)。
(4) 脑缺血再灌注后Oligl、NogoA表达变化与髓鞘轴突染色变化的趋势基本相同:髓鞘轴突的破坏在缺血再灌注早期即已出现,并随时间延长加重,14d时损伤达到高峰,21d与14d相比无明显差异。Oligl、Nogo-A蛋白和基因表达也于再灌注早期逐渐降低,于7d时降到最低点,14d后又开始上调,而且随着白质破坏的稳定,Oligl、Nogo-A的表达水平继续升高。
结论:(1)脑缺血再灌注早期,髓鞘脱失、白质受损,Oligl表达随之减少;再灌注后期,髓鞘破坏达到高峰并趋于稳定,Oligl表达也开始上调并超过基础水平。说明Oligl可能参与了再灌注损伤的病理生理过程,并与缺血再灌注白质损伤及修复密切相关。
(2)在局灶性脑缺血再灌注后期,轴突生长抑制因子Nogo-A与髓鞘修复基因Oligl的表达均开始上调,两者时程变化基本一致,提示两者可能以相反的作用机制同时参与到缺血再灌注后神经修复的过程中。
(3)脑白质损伤在缺血早期即已存在并随缺血再灌注时间延长逐渐加重,Oligl、Nogo-A也在此过程中呈现动态变化的规律,提示脑缺血后及早对白质损伤干预的必要性,同时说明针对Oligl、Nogo-A进行干预有望为缺血再灌注损伤后的脑保护治疗找到新的靶点。