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缺血预处理作为近年来受到国内外学者广泛关注的内源性保护策略,在各种离体及整体缺血再灌注模型中均被验证了其神经保护作用,但是暂时性夹闭血管的手段使其难以在临床上应用,所以寻找其他既具有神经保护作用,又能在临床上容易实施的措施显得格外重要。低糖、低氧以及组织酸化是缺血预处理的三个要素。有研究证明酸预处理能够保护缺血引起的心肌细胞的损伤。然而,酸预处理是否能够保护缺血性神经损伤目前尚不清楚。 目的: 研究酸预处理对脑缺血是否存在神经保护作用;摸索酸预处理的较优参数,包括pH值及酸预处理的时间窗;进一步深入分析酸预处理神经保护作用的可能机制。 方法: 1、采用20-25g雄性C57BL/6小鼠双侧颈总动脉结扎模型作为整体缺血再灌模型。在手术前,通过吸入5 min混合气体(20% CO2+21% O2+59% N2),再吸入正常大气10 min,如此重复3次,以降低脑内pH。通过被动回避的穿梭箱实验检测小鼠缺血后的行为学改变。随后立即断头取脑,制作冰冻切片,进行Niss1、TUNEL及DAPI染色,统计并分析海马CA1区神经元个数。 2、采用小鼠皮层纹状体脑片,随机分为对照组(Control)、缺糖缺氧(oxygen-glucose deprivation,OGD)组以及各酸预处理+OGD(APC)处理组。在OGD之前,将各APC组放入pH6.8的人工脑脊液(nACSF)中分别处理1、3、5 min,然后于正常脑脊液pH7.4中处理5 min、10 min、15 min。将除Control组以外的所有脑片进行20 min的OGD处理,再灌1h后收集脑片,检测脑片损伤程度(TTC染色法)。选择最优参数后pH6.8、pH6.5和pH6.2(通过调节CO2)的APC组做相同处理从而选出最佳pH值。 3、采用17-18天胎鼠大脑皮层体外培养8-9 d的神经元,随机分为Control组、OGD组以及各APC处理组。在OGD之前,将各APC组的培养液换为pH6.8的培养液,放入含20% CO2的培养箱中分别培养5 min、15 min、30 min后再次换成pH7.4的培养液,于5% CO2的培养箱中中培养0 min、30 min、60 min。将除Control组以外的进行2-h的OGD处理,再灌24 h后检测神经元损伤程度(MTT染色法)。选出最优参数再与Control组和OGD组通过TUNEL染色、Western blot检测并分析其凋亡情况以及通过JC-1检测其线粒体膜电势的情况。并通过在APC组中加线粒体膜通透转化孔开放剂atractyloside,而后后检测神经元损伤程度来分析酸预处理与线粒体膜通透转化孔的关系。 结果: 1、酸预处理组小鼠的回避时间明显长于手术组小鼠的回避时间。同时,酸预处理组小鼠海马CA1区神经元的丢失情况也得到改善。 2、在脑片培养实验上,pH6.8和pH6.5酸预处理均具有抗脑缺血的神经保护作用,但是pH6.2酸预处理不存在保护作用。给予3 min pH6.8+10 min pH7.4的酸预处理明显改善了OGD引起的损伤。 3、在体外神经元培养上同样也发现了酸预处理对神经元的保护作用。给予15 min pH6.8+0-30 min pH7.4酸预处理明显改善了OGD引起的神经元损伤。凋亡率由OGD组的49.2±6.3%减为APC组的21.7±4.8%。酸预处理可抑制OGD再灌诱导的神经元线粒体膜电势的下降,并发现酸预处理的保护作用可以被线粒体膜通透转化孔开放剂atractyloside所逆转。 结论: 1、酸预处理在体内及体外脑缺血再灌模型中均存在神经保护作用; 2、酸预处理的神经保护作用是pH值及酸预处理时间窗依赖的; 3、酸预处理可抑制mPTP的开放,提示了酸预处理的神经保护作用是通过线粒体相关的抗凋亡作用。