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慢性脑缺血是由于各种因素造成颈内动脉系统或椎-基底动脉系统血管痉挛、狭窄、闭塞,脑部长期血流灌注不足,引起组织缺血缺氧,导致神经功能受损,认知功能障碍。神经损伤后继发一系列病理生理变化导致大量轴突再生抑制蛋白释放,不利于神经功能恢复。Nogo-A是目前已知的最强的轴突再生抑制蛋白,在髓鞘损伤后具有强烈的抑制轴突生长作用,NgR是其受体,介导神经生长抑制作用,是影响神经修复的重要通路。有研究表明大鼠脑缺血缺氧后Nogo-A和NgR蛋白表达均增高,强烈抑制神经纤维的再生与联系,导致神经能力的减退。骨髓间充质干细胞(BMSCs)是一种具有多向分化潜能的干细胞,来源广泛,易于采集、制备及保存,避免了免疫排斥反应,又可通过自体移植,且不涉及社会、伦理及法律等问题,具有广泛的临床应用前景。有研究表明骨髓间充质干细胞移植可通过降低脊髓损伤模型及脑梗塞模型大鼠的Nogo-A及NgR的表达,从而减轻神经损伤。此外,研究表明BMSCs可改善慢性脑缺血模型大鼠的认知障碍,但其改善认知状态是否与Nogo-A及NgR的表达下调有关尚未清楚。
本实验拟通过双侧颈总动脉永久结扎法建立慢性脑缺血模型,通过BMSCs移植观察大鼠的学习与记忆能力的变化,经免疫组织化学染色检测大鼠海马区Nogo-A及NgR蛋白的表达变化,探讨BMSCs移植促进慢性脑缺血大鼠认知功能恢复的机制。
目的:
研究BMSCs移植对慢性脑缺血大鼠认知功能的影响,并通过观察慢性脑缺血大鼠海马区Nogo-A及NgR蛋白的表达探讨其机制。
方法:
采用双侧颈总动脉永久结扎法建立大鼠慢性脑缺血模型,FICOLL密度梯度离心法与反复贴壁法分离、纯化及培养BMSC。将60只清洁级雄性大鼠随机分为模型组、BMSCs移植组(Brdu标记)及假手术组,1月后进行Morris水迷宫实验包括定向航行试验及空间探索试验,记录其逃避潜伏期及跨越平台次数,检测空间学习与记忆能力的差异,HE染色观察各组海马区神经细胞数量、结构、排列的差异,免疫荧光染色检测移植组海马区BMSC迁移及存活情况,免疫组织化学染色检测各组海马区Nogo-A及NgR蛋白的表达。
结果:
1 BMSCs流式细胞鉴定结果
经流式细胞鉴定本实验所分离培养的骨髓间充值干细胞CD105阳性率为98.4％,CD44阳性率为97.8%CD34及CD45阴性率为100%,可见其纯度较高,
2 Morris水迷宫进行行为学实验结果
模型组大鼠及移植组大鼠在定向航行试验和空间探索试验中与假手术组大鼠比较均表现出明显的空间认知功能的障碍,移植组大鼠平均逃避潜伏期(32.20±1.32s)与模型组(53.10±1.85s)比较明显缩短,差异有统计学意义(P＜0.01),移植组穿过原平台位置次数(4.70±1.49)与模型组(2.90±1.29)相比明显增多(P＜0.05);移植组大鼠平均逃避潜伏期(32.20±1.32s)与假手术组(15.20±2.15s)比较明显延长,差异有统计学意义(P＜0.01),移植组穿过原平台位置次数(4.70±1.49)与假手术组(7.20±1.93)相比明显减少(P＜0.01);
3病理表现
模型组海马区组织HE染色结果显示锥形细胞排列错乱,甚至断裂呈线状,原有结构破坏,大量细胞凋亡坏死及空泡形成,移植组海马区锥形细胞排列较乱,但也可见大量核深染及空泡形成,假手术组细胞排列正常,在病理结构上可见造模成功。移植组海马组织中观察到Brdu荧光染色阳性的BMSCs能向脑缺血受损部位迁移、募集、存活。
4各组海马CA1区Nogo-A及NgR免疫组织化学染色结果
海马CA1区神经元胞膜中均可见棕黄色颗粒,说明均有Nogo-A及NgR表达;模型组Nogo-A与NgR蛋白的表达阳性细胞光狄度值分别为(170.15±4.41)及(178.56±7.56),移植组Nogo-A与NgR蛋白的表达阳性细胞光灰度值分别为(145.76±3.94)及(136.29±3.56),假手术组组Nogo-A与NgR蛋白的表达阳性细胞光灰度值分别为(125.50±3.02)及(115.62±4.45);无论是模型组还是移植组,Nogo-A与NgR蛋白的表达阳性细胞光灰度值与假手术组相比都增加,组间比较具有统计学意义(P＜0.01),移植组海马组织中Nogo-A及NgR蛋白阳性细胞光灰度值均较模型组明显降低(P＜0.01)。
结论:
1 BMSCs移植具有保护慢性脑缺血大鼠空间学习与记忆能力的作用,
2 BMSCs的保护作用可能与降低Nogo-A及NgR蛋白表达有关