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目的: (1)观察大鼠脑缺血/再灌注时脑缺血半暗区线粒体动力相关蛋白1的表达及其与线粒体外膜结合程度的变化,在氧化应激水平及 Drp1(Ser616)磷酸化水平探讨脑缺血/再灌注时Drp1活化的机制; (2)观察电针预处理对大鼠脑缺血/再灌注时脑缺血半暗区线粒体动力相关蛋白1的表达及活性的影响,在氧化应激水平及 Drp1 (Ser616)磷酸化水平探讨电针预处理抑制线粒体动力相关蛋白1活化及发挥脑保护作用的机制。 方法: 225只SPF级(specific-pathogen-free)雄性SD(Sprague-Dawley)大鼠,8~12月龄,300±20g,按照随机数字表分为三组:假手术组(Sham group),电针预处理+缺血/再灌注组(I/R+EA group)和单纯缺血/再灌注组(I/R group),每组75例。I/R+EA组在建立脑缺血/再灌注模型前,连续 5天电针刺激百会穴(GV20),大鼠百会穴定位于大鼠双耳连线与正中矢状面交点处,刺激强度 1mA,疏密波频率 2/15Hz,持续时间 30 分钟,以大鼠尾部微颤为穴位刺激有效标志,最后一次电针刺激后 24h 制作大鼠大脑中动脉栓塞(middle cerebral artery occlusion,MCAO)模型,其余两组未行电针预处理。I/R+EA组和I/R组通过线栓法制作大鼠MCAO模型,血流阻断2 h后拔除线拴恢复脑血流灌注,假手术组只分离大鼠颈部血管,未进行大脑中动脉栓塞。若在实验过程中有大鼠死亡,补充相应数量的大鼠入组。 观察指标: (1)按照 Zea Longa 评分法对三组大鼠缺血/再灌注或假手术操作后6h、24h、48h 进行神经功能缺陷评分,评分越高说明脑损伤越严重,1~3 分判定为模型制作成功,纳入实验。 (2)TTC染色法观察缺血/再灌注或假手术操作后24h大脑梗死情况。并通过公式脑梗死容积百分比=(对侧正常脑组织容积-同侧正常脑组织容积)/(对侧正常脑组织容积)×100%计算梗死容积百分比。 (3)HE 染色观察缺血/再灌注或假手术操作后6h、24h、48h 大脑皮层缺血半暗区神经元形态改变。 (4)Tunel染色观察缺血/再灌注或假手术操作后24h大脑皮层缺血半暗区神经元凋亡情况,并通过公式神经元细胞调亡率=视野内调亡细胞计数/视野内所有细胞计数×100%计算神经元凋亡率。 (5)过氧化脂质降解产生丙二醛(MDA),于再灌注或假手术操作后 6h、24h、48h采用硫代巴比妥酸法测定缺血半暗区脑组织 MDA的含量。 (6)再灌注或假手术操作后 6h、24h、48h 采用黄嘌呤氧化酶法测定超氧化物歧化酶(SOD)活力, 检测 MDA含量和 SOD活力以反映脑组织氧化应激水平。 (7)Drp1 是线粒体分裂体系的重要组成部分,Drp1 活化后由胞浆转移至线粒体外膜引发线粒体分裂。Western blot检测再灌注或假手术操作后 6h、24h、48h大脑皮层缺血半暗区总的 Drp1表达水平,采用梯度离心法提取线粒体后,Western blot 法检测结合到线粒体外膜 Drp1 水平,荧光实时定量PCR法检测缺血/再灌注或假手术操作后6h、24h、48h缺血半暗区Drp1 mRNA水平。 (8)Western blot法检测再灌注或假手术操作后6h、24h、48h大脑皮层缺血半暗区磷酸化 Drp1(Ser616)水平,并计算其与总 Drp1 比值。 (9)细胞色素 C从断裂的线粒体释放入胞浆后,神经元的凋亡将不可避免发生,检测细胞色素 C尤其是胞浆内细胞色素 C的水平能反应线粒体功能的变化。采用 Western blot法检测缺血/再灌注或假手术操作后 6h、24h、48h大脑皮层缺血半暗区总的细胞色素 C表达水平,分离线粒体和胞浆后,Western blot 法检测缺血/再灌注或假手术操作后 6h、24h、48h 大脑皮层缺血半暗区胞浆内细胞色素 C 的水平。 (10)透射电镜下观察再灌注或假手术操作后 24h 大脑皮层缺血半暗区神经元及线粒体超微结构形态改变,并计算线粒体纵横比,空泡线粒体率,空泡化线粒体平均密度,以反映线粒体分裂程度,线粒体形态改变。 统计学分析:数据采用SPSS 21.0统计学软件进行分析,计量资料以均数±标准差( x ±s)表示,组间比较采用单因素方差分析,两组间比较采用SNK检验,P<0.05为差异有统计学意义。 结果: (1)与Sham组相比,I/R+EA组和I/R 组大鼠缺血/再灌注或假手术操作后6h、24h、48h神经功能缺陷评分升高(P<0.01);与I/R+EA组相比,I/R组6h、24h、48h评分升高(P<0.05)。 (2)正常脑组织TTC染色呈红色,而梗死脑组织TTC染色呈苍白色。TTC染色显示,Sham组大鼠大脑中动脉供血区域无明显梗死灶,与Sham组相比,I/R+EA组和I/R组再灌注或假手术操作后24h大脑皮层梗死容积百分比明显增加(P<0.01);与 I/R+EA组相比,I/R组大鼠缺血/再灌注后 24h大脑皮层梗死容积百分比明显增加(P<0.05)。 (3)HE 染色显示:Sham 组神经元形态完整,轮廓清晰,神经元细胞核核膜清楚,核仁明显,未见明显形态学改变;缺血/再灌注后 6h、24h、48h I/R组大鼠缺血半暗区脑组织可见大量神经元水肿,细胞核不规则浓缩、变形、致密,核仁难以辨识,胶质细胞呈空泡样变性;与 I/R组相比,I/R+EA组神经元水肿减轻,核浓缩程度降低,神经元形态改变减轻。 (4)Tunel染色显示:假手术操作后24h时, Sham 组大鼠脑组织极少出现呈棕黄色或棕褐色细胞,即 Tunel 阳性细胞;I/R+EA组和I/R组在再灌注后24h,Tunel阳性细胞率明显增加(P<0.01),而I/R+EA 组 Tunel 阳性细胞率明显低于 I/R 组(P<0.05),说明凋亡神经元比率下降。 (5)与Sham 组相比,I/R 组缺血/再灌注后 6h、24h、48h MDA 含量明显增加(P<0.01), I/R+EA 组在再灌注后 24h、48h MDA 含量明显增加( P<0.01 );与 I/R 组相比, I/R+EA组再灌注后 6h、24h、48hMDA 含量降低(P<0.05)。 (6)与 Sham 组相比, I/R+EA 组和 I/R 组缺血/再灌注后 6h、24h、48h 缺血半暗区脑组织 SOD 活性下降( P<0.05 );与 I/R 组相比, I/R+EA 组再灌注后 6h、24h、48h SOD 活性升高(P<0.05)。 (7)Western blot结果显示:与 Sham组相比,I/R+EA组和 I/R组缺血/再灌注后6h、24h、48h缺血半暗区脑组织总的Drp1表达上调,结合到线粒体外膜Drp1水平升高(P<0.01);荧光实时定量 PCR 结果显示:与 Sham 组相比,I/R+EA 组和I/R组缺血/再灌注后 6h、24h、48hDrp1 mRNA表达上调;与 I/R+EA组相比,I/R组大鼠缺血/再灌注后6h、24h总的Drp1表达及Drp1 mRNA水平明显增加(P<0.05);与 I/R+EA组相比,I/R组缺血/再灌注后 6h、24h、48h结合到线粒体外膜的 Drp1水平升高(P<0.05)。 (8)与Sham组相比,I/R+EA组和I/R 组大鼠缺血/再灌注后6h、24h、48h 脑缺血半暗区磷酸化 Drp1(Ser616)与总 Drp1 比值升高(P<0.01);与I/R+EA组相比,I/R组缺血/再灌注后6h、24h、48h磷酸化Drp1(Ser616)与总Drp1比值升高(P<0.05)。 (9)与 Sham 组相比,I/R+EA 组和 I/R 组缺血/再灌注后 6h、24h、48h 大鼠脑缺血半暗区总的 Cyt C 和胞浆内 Cyt C 表达上调( P<0.05 );与I/R+EA组相比,I/R 组缺血/再灌注后 6h、24h总的 Cyt C水平明显增加(P<0.05);与 I/R+EA 组相比, I/R 组缺血/再灌注后 6h、24h、48h 胞浆内 Cyt C 水平升高(P<0.05)。 (10)透射电镜下神经元及线粒体形态显示:假手术操作后 24h,Sham组缺血半暗区细胞形态正常,线粒体结构双层膜结构完整;缺血/再灌注后 24h,I/R 组线粒体出现破坏迹象,典型的管状或椭圆形形态减少或消失,双侧膜结构模糊难以辨认,出现空泡化、片段化,线粒体嵴肿胀;与 I/R 组相比,I/R+EA 组线粒体肿胀减轻,片段化空泡化线粒体减少,形态改变减轻;缺血/再灌注或假手术操作后 24h,线粒体纵横比 Sham组明显大于 I/R+EA组和 I/R组(P<0.01),I/R+EA组大于 I/R+组(P<0.05);空泡线粒体率及空泡线粒体平均面积密度 I/R+EA 组和 I/R 组明显高于Sham组(P<0.01),I/R+EA组明显低于I/R组(P<0.05)。 结论: (1)大鼠局灶性脑缺血/再灌注后动力相关蛋白1(Drp1)的表达上调,同时氧化应激水平升高及Drp1(Ser616)磷酸化水平增加,引起胞浆内Drp1的活化,导致Drp1与线粒体外膜结合增多,线粒体分裂增加,细胞色素C释放,最终诱导神经元凋亡。 (2)电针预处理下调总 Drp1表达,并可能通过降低氧化应激水平、减少 Drp1(Ser616)磷酸化水平,从而抑制 Drp1活性,减少 Drp1定位到线粒体外膜程度,抑制线粒体过度分裂,从而减少细胞色素 C释放入胞浆水平,缓解神经元凋亡,发挥脑保护作用。