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异丙酚对脑缺血神经元凋亡及相关基因表达的影响

时间:2010-08-24 10:18:17  来源:  作者:

材料和方法<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

  动物模型及分组:61例雄性wistar大鼠体重250-300g,采用Pulsinelli 法[1]制备大鼠全脑缺血模型。分离双侧翼孔并电凝烧闭椎动脉,然后分离双侧颈总动脉。2天后,夹闭颈总动脉10分钟,造成全脑缺血。缺血前后将温度探头插入颞肌部位,观察头部温度,白炽等照射大鼠头部,维持温度在37℃左右。缺血开始后动物出现瞳孔散大,四肢伸展,反正反射消失等现象,说明全脑缺血确切,否则剔除。缺血10分钟后松开颈总动脉,行缺血再灌注。动物分为9组,缺血再灌注24小时(I A组,n=7),48小时(I B组,n=7),72小时(I C组,n=7),7天(I D组,n=7);缺血+异丙酚24小时(II A组,n=7),48小时(II B组,n=7),72小时(II C组,n=7),7天(II D组,n=7);非缺血对照组(III组,n=5)。
  麻醉方法:三组动物首次预处理时,均于腹腔内注射10%水合氯醛0.03ml/kg。异丙酚组于缺血后静脉持续注射异丙酚1.5ml/h,并持续30分钟。
  标本取材及处理:于预定时间麻醉,断头取脑。取出新鲜海马组织,加入PBS液。研磨,过200目筛子,离心1000转5分钟,弃上清,加PBST700 μ1,记细胞数约为1.2×107/ml。
  Annexin V染色:取100μl单细胞悬液,加Annexin V/FITC 5μ1,室温30分钟避光。PBS洗1000转5分钟,弃上清。加PBS液5μ1,浓度为20g/mlPI,室温避光10分钟,PBS洗1000转5分钟,留0.5ml上流式细胞仪检测。
  表面抗原及细胞内抗原的染色:取五只试管,各加100μ1单细胞悬液,加入triton X-100,终浓度为1%,分别加入bcl-2,Bax, p53, caspase3 鼠单抗2μ1(1:50)(Santa Cruz公司产品)及空白对照。室温避光30分钟后,PBS洗1000转5分钟,弃上清,加入FITC标记的抗鼠IgG(1:100),室温避光10分钟后,PBS洗1000转5分钟,弃上清,加含0.5%多聚甲醛的PBS液250μ1,上流式细胞仪检测。
  统计学分析:流式细胞仪的激发波长为488nm,记数10,000个细胞,用FASCan软件进行数据分析,给出散点图和分布图,并分别记录细胞凋亡,坏死及活细胞数量和百分比。同时,记录bcl-2, Bax, caspase3, p53蛋白的表达数及百分率。结果处理采用spss软件包,组间用单因素方差分析,P<0.05有显著性差异。

结 果

  凋亡和坏死率结果:缺血再灌注7天凋亡率最高,坏死率峰值出现在24小时,缺血组凋亡率和坏死率明显高于异丙酚组(见表1)。
  bcl-2和Bax蛋白表达的结果:bcl-2在假手术组表达极低,但Bax在假手术组即有高表达。Bax蛋白峰值出现在缺血再灌注之后72小时,而bcl-2蛋白峰值出现在缺血再灌注后48小时(表1),缺血组Bax表达率明显高于异丙酚组(P<0.05),但两组bcl-2表达无显著性差异(P>0.05)。
  caspase3蛋白表达的结果:从流式细胞仪的检测结果来看,凋亡基因caspase3蛋白在假手术组表达极低,缺血再灌注后24小时就有表达,峰值出现在72小时(表1)。

  p53蛋白表达的结果:p53在假手术组表达极低,p53蛋白峰值出现在缺血再灌注之后24小时(表1),与非缺血对照组比较有显著性差异(P<0.05)。

 

讨论<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

  流式细胞术在临床和实验研究中的应用非常广泛,它通过一个激光源和有关的光学仪器组成检测系统来收集信号,进行分析。可以快速,精确的检测通过检测区域液流中的细胞或大分子。对培养细胞,单细胞悬液等做定性,定量分析。在凋亡检测方面,细胞凋亡早期,细胞膜的变化之一是细胞膜内的磷脂酰丝氨酸(PS)转移到外层,并暴露在细胞膜的表面。Annexin V是一种磷脂酸结合蛋白,与PS有很高的亲和性,将其用荧光素FITC标记后,与PI共同孵育细胞。PI对坏死细胞嗜染,而对其它细胞拒染,用流式细胞仪便可以区分正常细胞,坏死细胞和凋亡细胞各个时期。近年来,运用荧光标记的抗细胞表面及细胞内抗原的抗体,结合破膜打孔,渗透和固定技术,应用流式细胞仪也可以检测细胞表面及细胞内抗原的表达[2]
  bcl-2家族(bcl-2 family)与哺乳动物细胞凋亡调节有关[3]。其家族成员有bcl-2,bcl-xl, Bax, Bak等,bcl-2, bcl-xl为抑制凋亡基因,Bax, Bak为促进凋亡基因,bcl-2和Bax表达比例决定细胞是否发生凋亡[4]
  caspase3 为ICE家族的重要蛋白酶之一。ICE家族至少有11个成员,caspase1-11与哺乳动物ced-3同源[5]。caspase过度表达能引起培养细胞发生凋亡[6]。Caspase3对不同的细胞通过不同的途径诱发细胞凋亡。对于培养神经元来说,营养物质的耗竭,降低K+的浓度及增加兴奋性氨基酸都可以引起caspase-3增加而诱发凋亡[7]。而且,ICE或者caspase3抑制剂对局部脑缺血有保护作用[8]。所以,caspase3在神经元凋亡中起着重要的作用。
  p53因其编码53KD蛋白质而得名,它是一种抑癌基因(antioncogene)。它可以通过细胞周期的G1关卡作用和治疗因子活性,延迟DNA受损的细胞进入S期,或诱导不能修复的受损DNA死亡,从而抑制肿瘤的发生发展[9]
  异丙酚脑保护作用的机制是多方位的,如有报道认为它可以抑制钙离子内流,抑制兴奋性氨基酸的产生,抗氧化作用及降低脑代谢率等。本研究重点探讨的是目前认为这些调控基因中最重要的bcl-2家族,caspase3,p53等,选取了两个作用相反而又有代表性的指标,bcl-2为抗凋亡基因而Bax为促凋亡基因。本研究的结果显示,异丙酚组凋亡率和坏死率明显低于缺血组,说明异丙酚对于海马神经元凋亡有一定的抑制作用。同时,促凋亡基因Bax在缺血组的表达高于异丙酚组,但两组bcl-2的峰值均出现在缺血再灌注之后48小时,而且缺血组和异丙酚组无显著性差异。缺血组p53蛋白表达率明显高于对照组,p53蛋白表达峰值出现在再灌注24小时。异丙酚组p53的表达明显低于缺血组。Caspase3在异丙酚组的表达明显降低。因而认为,在异丙酚对大鼠海马神经元缺血再灌注的保护作用中,抑制凋亡基因bcl-2的作用甚微,可能与此药物减少凋亡促进基因Bax蛋白和p53蛋白及caspase3的表达有关。但细胞凋亡中有多种细胞和因子参与,是一个相互影响和制约的复杂网络。有关异丙酚对脑缺血神经元保护作用的机制仍需进一步研究。

参考文献
1.Pulsine WA, Brierley JB. A new model of bilateral hemispheric ischemic in unanesthetized rat. Stroke, 1979,10:267-272.
2.史桂英,学耕,大伟,顺和.式细胞内细胞大子方法的建立.海第二医科大学学报,999,9:22-525
3.Lawrence H, Boise, Maribel Gonzalez-Garcia, et al. bcl-x, abcl-2-Related Gene that functions as a dominant regulator of apoptotic cell death. Cell, 1993,74:597-608.
4.母敬郁,明俐,翰仪.胞凋亡与迟发性神经元死亡的研究基础.风与神经疾病杂志,996,3:85-187
5.Yuan J, Shaham S, Ledoux S, Ellis HM, Horvitz HR. The C. elegans cell death gene ced-3 encodes a protein similar to mammaliar interleukin-1 beta-converting enzyme. Cell,1993,75:641-652.
6.Miura M, Zhu H, Rotello R, et al. Induction of apoptosis in fibrolasts by IL-1 beta-converting enzyme, a mammalian homolog of the C elegan cell death gene ced-3.Cell,1993,75:653-660.
7.Deshukh M, Vasilakos J, Deckwerth TL, et al. Genetic and metabolic status of NGF-deprived sympathetic neurons saved by inhibitor of ICE family proteases. J Cell Biol, 1996,135:1341-1354.
8.Hara H, Friedlander RM, Gagliardini V, et al. Inhibition of interleukin 1 beta converting enzyme family proteases reduces ischemic and excitotoxic neuronal damage. Proc Natl Acad Sci USA, 1997,94:2007-2012.
9.Harris CC. P53 tumor supressor gene: from the basic research laboratory to clinic-an abridged historical perspective. Carcinogenesis, 1996,17:1187-1198
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