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背景与目的: 脑缺血性疾病严重威胁人类的健康和生命,炎症反应在脑缺血损伤发生发展的各个阶段均起关键作用。目前针对神经炎症的治疗策略主要是抑制炎症启动与发生,虽可延缓炎症的发展,但也削弱了炎症的保护作用,甚至使炎症慢性化、导致慢性神经退行性疾病。消退素(resolvins, Rvs)来自ω-3不饱和脂肪酸,是一类有抗炎和促炎症消退作用的脂质介质。现已证实当肝脏、肺脏和肾脏等组织器官出现缺血再灌注损伤(Ischemia-reperfusion,I/R)时,应用消退素D1(resolvin D1, RvD1)能减轻损伤的程度,具有保护作用。但RvD1对缺血再灌注引起的脑组织损伤是否有神经保护作用,目前国内、国外尚未报道。本研究拟采用大鼠短时性局灶性脑缺血再灌注模型和LPS刺激体外培养的BV-2小胶质细胞炎症模型,检测 RvD1对缺血再灌注后炎症反应的影响,为进一步探索RvD1防治脑血管疾病提供实验依据。 材料与方法: 1.动物选择及分组 选择清洁级健康成年雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠,随机分为假手术组(Sham组)和处理组,处理组大鼠于脑缺血再灌注开始即刻(5min内)经侧脑室注射5μl生理盐水溶液、不同剂量RvD1(0.03、0.1或0.3 nmol)5μl或10nmolRvD1受体阻断剂(butyloxycarbonyl-Phe-Leu-Phe-Leu-Phe,Boc-2)。Boc-2在大鼠注射RvD1前30 min注射。Sham组经侧脑室注射5μl生理盐水溶液。 2.运用改良线栓法阻断大鼠大脑中动脉供血2h后实施再灌注制备大鼠短时性局灶性脑缺血再灌注模型(transient middle cerebral artery occlusion, tMCAO)。 3.根据Longa评分标准评价实验大鼠脑缺血再灌注6 h、12h、24 h神经功能缺损评分。 4.大鼠脑缺血再灌注12h、24 h脑梗死体积的变化运用氯化三苯四氮唑(2,3,5-Triphenyl tetrazolium chloride,TTC)染色法进行检测。 5.大鼠脑缺血再灌注24 h脑组织的含水量用干湿比法进行测定。 6.用苏木素染色(Hematoxylin and eosin,HE)后在普通光镜下观察大鼠脑缺血再灌注24 h时脑组织的病理变化。 7.用免疫荧光标记大鼠脑缺血再灌注24 h时大鼠脑组织OX-42蛋白表达,观察小胶质细胞激活情况。 8.用MPO试剂盒检测大鼠脑缺血再灌注后6h、12h、24h MPO活性,评估中性粒细胞浸润情况。 9.用ELISA法检测大鼠脑缺血再灌注24 h时脑组织中白介素-1β(Interleukin-1beta,IL-1β)、白介素-6(Interleukin-6, IL-6)和肿瘤坏死因子α(Tumor necrosis factor-alpha, TNF-α)水平。 10.EMSA检测大鼠脑缺血再灌注24 h时脑组织中NF-κB的DNA结合活性。 11.用Western blot检测大鼠脑缺血再灌注24h时基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinase-9, MMP-9)蛋白表达;用明胶酶谱法检测MMP-9活性。 12.细胞培养及实验分组 将脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)(终浓度为100ng/ml)加入BV-2小胶质细胞培养液中,孵育24h制作炎症模型。实验分为5组:control组、RvD1组、LPS组、RvD1+LPS组和Boc-2+ RvD1+LPS组。用ELISA法检测细胞培养上清液中IL-1β、IL-6和TNF-α的水平。 13.统计学分析 采用SPSS17.0统计软件进行统计学处理。计量资料采用均数±标准差( x?s)表示。符合正态分布者多组间比较采用单因素方差分析(ANOVA),组间两两比较采用最小显著差(LSD)检验。不符合正态分布者采用秩和检验。检验水准为α=0.05。 结果: 1. RvD1对大鼠神经功能评分的影响 在再灌注24 h,评价Sham组、vehicle组和不同剂量RvD1(0.03,0.1和0.3 nmol)组大鼠神经功能缺损评分,结果显示:在再灌注24 h,与vehicle组比较, RvD1(0.1)组和RvD1(0.3)组神经功能评分显著降低(P<0.01)。在再灌注6h、12h、24 h,评价Sham组、vehicle组和RvD1(0.1)组大鼠进行神经功能评分,结果显示:在再灌注12h和24 h,与vehicle组比较, RvD1(0.1)组神经功能评分显著降低(P<0.05或P<0.01)。 2.RvD1对大鼠脑组织病理学的影响 HE染色显示脑组织损伤的程度。Sham组未见明显的神经细胞损伤;与Sham组比较,vehicle组神经细胞核固缩现象明显增加,提示细胞核损伤加重,同时,发现明显的间质水肿,空泡形成。RvD1(0.1)组核固缩、空泡形成和间质水肿现象明显减轻。 3.RvD1对大鼠脑梗死体积的影响 在再灌注24 h,检测Sham组、vehicle组和不同剂量RvD1(0.03,0.1和0.3 nmol)组大鼠脑梗死体积,结果显示:在再灌注24 h,与vehicle组比较,RvD1(0.1)组和RvD1(0.3)组脑梗死体积显著减小(P<0.01),而RvD1(0.03)组脑梗死体积无明显变化。在再灌注12h、24 h,检测Sham组、vehicle组和RvD1(0.1)组大鼠脑梗死体积,结果显示:在再灌注12h、24 h,与vehicle组比较,RvD1(0.1)组脑梗死体积明显减小(P<0.01)。 4.RvD1对大鼠脑组织含水量的影响 在再灌注24h,检测Sham组、vehicle组和不同剂量RvD1(0.03,0.1和0.3 nmol)组大鼠脑组织含水量,结果显示:与Sham组比较,vehicle组大鼠脑含水量明显增加(P<0.01);与vehicle组比较, RvD1(0.1)组和RvD1(0.3)组脑组织含水量明显减少(P<0.05)。 5.RvD1对小胶质细胞激活的影响 荧光显微镜下观察免疫组化染色的脑组织切片,OX-42蛋白可作为小胶质细胞标记物。激活的小胶质细胞胞体增大,形态改变,可见阿米巴样小胶质细胞。比较各组小胶质细胞激活情况:与Sham组比较, vehicle组、RvD1(0.1)组和Boc-2+RvD1(0.1)组OX-42染色阳性的激活小胶质细胞数量明显增加(P<0.05);与vehicle组比较,RvD1(0.1)组OX-42染色阳性的激活小胶质细胞数量明显减少(P<0.05)。 6.RvD1对MPO活性的影响 测定脑缺血再灌注后6h、12h、24h MPO活性,评估RvD1对MPO活性的影响, MPO活性反映中性粒细胞在组织中的浸润情况。在脑缺血再灌注后12h,与sham组比较,vehicle处理组MPO活性明显增强(P<0.05);与vehicle处理组比较, RvD1组MPO活性明显降低(P<0.05)。在脑缺血再灌注后24h,与sham组比较, vehicle处理组MPO活性明显增强(P<0.01);与vehicle处理组比较,RvD1组MPO活性明显降低(P<0.01);与RvD1比较,Boc-2+RvD1组MPO活性明显增强(P<0.01) 7.RvD1对脑组织中炎症因子水平的影响 分别于脑缺血再灌注后6h、12h、24h测定脑组织中促炎症细胞因子IL-1β水平。结果显示:在脑缺血再灌注后6h,与sham组比较,vehicle组IL-1β水平明显升高(P<0.01);与vehicle组比较,RvD1组IL-1β水平明显降低(P<0.01);与RvD1比较,Boc-2+RvD1组IL-1β水平明显升高(P<0.01)。在脑缺血再灌注后12h,与sham组比较,vehicle组IL-1β水平明显升高(P<0.01)。在脑缺血再灌注后最初6 hIL-1β水平明显升高,之后逐渐降低,在脑缺血再灌注后24h接近sham组水平。 分别于脑缺血再灌注后6h、12h、24h测定脑组织中促炎症细胞因子TNF-α水平,结果显示:在脑缺血再灌注后6h,与sham组比较,vehicle组TNF-α水平明显升高(P<0.01);与vehicle组比较,RvD1组TNF-α水平明显降低(P<0.01);与RvD1比较,Boc-2+RvD1组TNF-α水平明显升高(P<0.05)。在脑缺血再灌注后12h,与sham组比较,vehicle组TNF-α水平明显升高(P<0.01);与vehicle组比较,RvD1组TNF-α水平明显降低(P<0.05)。在脑缺血再灌注后24h,与sham组比较,vehicle组TNF-α水平明显升高(P<0.05)。在脑缺血再灌注后最初6 h TNF-α水平明显升高,之后逐渐降低。 分别于脑缺血再灌注后6h、12h、24h测定脑组织中促炎症细胞因子IL-6水平,结果显示:在脑缺血再灌注后12h,与sham组比较,vehicle组IL-6水平明显升高(P<0.05)。在脑缺血再灌注后24h,与sham组比较,vehicle组IL-6水平明显升高(P<0.01);与vehicle组比较,RvD1组IL-6水平明显降低(P<0.05);与RvD1比较,Boc-2+RvD1组IL-6水平明显升高(P<0.05)。 8. RvD1对脑组织中NF-κΒ活性的影响 EMSA检测大鼠脑缺血再灌注24 h时脑组织中NF-κB的DNA结合活性。结果显示:与Sham组比较,vehicle组脑组织中NF-κB的DNA结合活性明显增强;与vehicle组比较,RvD1组脑组织中NF-κB的DNA结合活性明显降低;与RvD1比较, Boc-2+RvD1组脑组织中NF-κB的DNA结合活性明显增强。 9.RvD1对脑组织中MMP-9蛋白表达及MMP-9活性的影响 Western blot法检测大鼠脑缺血再灌注24 h时MMP-9蛋白表达;明胶酶谱法检测MMP-9活性。结果显示:与Sham组比较,vehicle组MMP-9活性明显升高(P<0.01);与vehicle组比较,RvD1组 MMP-9活性明显降低(P<0.05)。与Sham组比较,vehicle组MMP-9蛋白表达明显升高(P<0.01);与vehicle组比较, RvD1组MMP-9蛋白表达明显降低(P<0.01)。 10.RvD1对LPS诱导BV-2细胞上清液中炎症因子水平的影响 100ng/ml LPS刺激BV-2细胞24h后,与control组比较,LPS组IL-1β、IL-6和TNF-α水平显著增加(P<0.01);与LPS组比较,10nM RvD1+LPS组和100nM RvD1+LPS组IL-6、IL-1β和TNF-α水平显著减小(P<0.01)。与100nM RvD1+LPS组比较,Boc-2+RvD1+LPS组IL-6、IL-1β和TNF-α水平显著增加(P<0.01)。 结论: 1.本研究中采用线栓法制作大鼠tMCAO模型稳定性好,可信度高;适当剂量的RvD1显著降低大鼠脑缺血再灌注后的神经功能评分、改善脑组织的病理学改变,降低脑梗死体积和脑组织含水量。 2.消退素D1可能通过抑制大鼠脑缺血再灌注损伤后小胶质细胞的激活、降低髓过氧化物酶的活性、抑制炎症介质IL-1β、IL-6和TNF-α的表达,抑制MMP-9的蛋白表达和活性,起到神经保护作用,其机制可能与抑制NF-κB DNA结合活性有关。 3. RvD1可抑制LPS诱导的小胶质细胞炎症介质IL-1β、IL-6和TNF-α的表达。