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研究背景:
创伤性脑损伤(traumaticbraininjury,TBI)是神经外科中的常见病,致残率和死亡率较高,引起严重的神经功能障碍,其幸存者也出现不同程度的长远期并发症,极大的增加了家庭和社会的负担。TBI分为原发性脑损伤和继发性脑损伤。引起继发性脑损伤的病理生理过程包括氧化应激、炎症、谷氨酸兴奋毒性、颅内压升高等。这些致病机制相互作用进一步加重了脑损伤。石杉碱甲(HuperzineA,HupA)具有抗炎、抗氧化应激的作用,改善脑损伤后出现的认知功能障碍,现主要用于阿尔茨海默病的治疗。然而石杉碱甲在TBI中的作用研究较少,其具体作用机制并不明确。重复性轻度创伤性脑损伤(rmTBI),如脑震荡,可能导致累积性脑损伤,神经变性和其他慢性神经损伤。本实验通过建立rmTBI模型,探讨TBI后石杉碱甲是否具有神经保护作用和相关的分子机制。
第一部分石杉碱甲对创伤性脑损伤的神经保护作用
目的:
观察石杉碱甲对创伤性脑损伤小鼠的神经保护作用,为TBI的临床治疗提供新的方向和靶点。
方法:
实验对象为8周龄的雄性C57BL/6小鼠,采用小鼠重复轻度脑损伤(repeatedmildtraumaticbraininjury,rmTBI)模型,小鼠随机分为假手术组(Sham)、创伤性脑损伤组(Vehicle)和创伤性脑外伤+石杉碱甲治疗组(HupA)。最后一次损伤后24h对各组小鼠进行神经功能学评分,并通过干湿重比值法检测脑组织水肿。每天灌胃给予HupA0.05mg/kg/day,连续给药30天后,通过Morris水迷宫实验测验各组小鼠的空间学习记忆能力。实验结束后处死动物,留取脑组织。采用HE染色观察小鼠脑形态学变化。
结果:
(1)与假手术组相比,TBI后小鼠表现出明显的神经功能缺损、脑水肿以及脑形态学改变,两组间有显著性差异。(2)与Vehicle组相比,石杉碱甲处理后明显降低了TBI小鼠脑水含量(P<0.05),显著提高了神经功能评分并改善脑组织形态学(P<0.05)。(3)Morris水迷宫实验显示,Vehicle组小鼠逃避潜伏期较正常组明显延长,原象限停留时间明显缩短。小鼠腹腔注射石杉碱甲后逃避潜伏期较TBI模型组明显缩短,原象限停留时间明显延长(P<0.05)。
结论:
(1)本实验采用自由落体冲击的方法成功制备小鼠rmTBI模型,造模后小鼠出现脑水肿、神经功能缺损体征、学习记忆功能障碍以及大脑皮层组织损伤。(2)石杉碱甲可减轻创伤性脑损伤引起的脑水肿,抑制TBI小鼠的神经功能缺损、提高学习记忆功能,改善大脑皮层组织损伤,表明石杉碱甲对脑损伤小鼠具有一定的神经保护作用。
第二部分石杉碱甲对创伤性脑损伤神经的保护机制研究
目的:
从氧化应激及炎症两方面探讨石杉碱甲对TBI模型小鼠神经保护作用的可能的分子机制。
方法:
实验对象为8周龄的雄性C57BL/6小鼠,采用小鼠重复轻度脑损伤模型,小鼠随机分为假手术组(Sham)、创伤性脑损伤组(Vehicle)和创伤性脑外伤+石杉碱甲治疗组(HupA)。每天灌胃给予HupA0.05mg/kg/day,连续给药30天后,处死动物,留取脑组织。(1)酶标法检测氧化应激指标MDA和SOD活性及水平;(2)Westernblot检测Nrf2和NF-κB在胞浆蛋白中的表达以及HO-1的总蛋白表达;(3)免疫组化检测Nrf2的表达及小胶质细胞数量和活化状况;(4)RT-PCR检测皮层及海马TNF-α和IL-lβ在mRNA水平的表达;(5)ELISA法检测炎症细胞因子(TNF-α和IL-lβ)蛋白含量。
结果:
(1)Vehicle小鼠较Sham组小鼠氧化应激水平明显增加,小胶质细胞活化明显增加,使用石杉碱甲处理后可以抑制氧化应激及炎症反应。(2)与Sham组比较,Vehicle组小鼠Nrf2蛋白核/浆比明显升高,Nrf2从细胞质转移至细胞核,其下游HO-1蛋白表达上调,给予石杉碱甲处理后小鼠皮层细胞核中Nrf2表达及HO-1蛋白表达水平显著上调。(3)小鼠TBI后TNF-α和IL-lβ含量及mRNA水平显著增多,经石杉碱甲处理后TNF-α和IL-lβ含量及mRNA水平显著低于对照剂处理组。(4)与Sham组比较,Vehicle小鼠脑组织蛋白NF-κB核/浆比明显升高,NF-κB从细胞质转移至细胞核,经石杉碱甲处理后NF-κB核/浆比显著低于对照剂处理组。
结论:
(1)石杉碱甲通过抑制氧化应激损伤及神经炎症反应改善脑损伤小鼠的学习记忆功能及病理损伤;(2)石杉碱甲的神经保护作用与激活Nrf2-ARE通路相关;(3)石杉碱甲通过降低TBI引起的NF-κB活化,抑制小胶质细胞激活,减少炎症细胞因子的释放,减轻神经功能障碍,发挥脑保护作用。
创伤性脑损伤(traumaticbraininjury,TBI)是神经外科中的常见病,致残率和死亡率较高,引起严重的神经功能障碍,其幸存者也出现不同程度的长远期并发症,极大的增加了家庭和社会的负担。TBI分为原发性脑损伤和继发性脑损伤。引起继发性脑损伤的病理生理过程包括氧化应激、炎症、谷氨酸兴奋毒性、颅内压升高等。这些致病机制相互作用进一步加重了脑损伤。石杉碱甲(HuperzineA,HupA)具有抗炎、抗氧化应激的作用,改善脑损伤后出现的认知功能障碍,现主要用于阿尔茨海默病的治疗。然而石杉碱甲在TBI中的作用研究较少,其具体作用机制并不明确。重复性轻度创伤性脑损伤(rmTBI),如脑震荡,可能导致累积性脑损伤,神经变性和其他慢性神经损伤。本实验通过建立rmTBI模型,探讨TBI后石杉碱甲是否具有神经保护作用和相关的分子机制。
第一部分石杉碱甲对创伤性脑损伤的神经保护作用
目的:
观察石杉碱甲对创伤性脑损伤小鼠的神经保护作用,为TBI的临床治疗提供新的方向和靶点。
方法:
实验对象为8周龄的雄性C57BL/6小鼠,采用小鼠重复轻度脑损伤(repeatedmildtraumaticbraininjury,rmTBI)模型,小鼠随机分为假手术组(Sham)、创伤性脑损伤组(Vehicle)和创伤性脑外伤+石杉碱甲治疗组(HupA)。最后一次损伤后24h对各组小鼠进行神经功能学评分,并通过干湿重比值法检测脑组织水肿。每天灌胃给予HupA0.05mg/kg/day,连续给药30天后,通过Morris水迷宫实验测验各组小鼠的空间学习记忆能力。实验结束后处死动物,留取脑组织。采用HE染色观察小鼠脑形态学变化。
结果:
(1)与假手术组相比,TBI后小鼠表现出明显的神经功能缺损、脑水肿以及脑形态学改变,两组间有显著性差异。(2)与Vehicle组相比,石杉碱甲处理后明显降低了TBI小鼠脑水含量(P<0.05),显著提高了神经功能评分并改善脑组织形态学(P<0.05)。(3)Morris水迷宫实验显示,Vehicle组小鼠逃避潜伏期较正常组明显延长,原象限停留时间明显缩短。小鼠腹腔注射石杉碱甲后逃避潜伏期较TBI模型组明显缩短,原象限停留时间明显延长(P<0.05)。
结论:
(1)本实验采用自由落体冲击的方法成功制备小鼠rmTBI模型,造模后小鼠出现脑水肿、神经功能缺损体征、学习记忆功能障碍以及大脑皮层组织损伤。(2)石杉碱甲可减轻创伤性脑损伤引起的脑水肿,抑制TBI小鼠的神经功能缺损、提高学习记忆功能,改善大脑皮层组织损伤,表明石杉碱甲对脑损伤小鼠具有一定的神经保护作用。
第二部分石杉碱甲对创伤性脑损伤神经的保护机制研究
目的:
从氧化应激及炎症两方面探讨石杉碱甲对TBI模型小鼠神经保护作用的可能的分子机制。
方法:
实验对象为8周龄的雄性C57BL/6小鼠,采用小鼠重复轻度脑损伤模型,小鼠随机分为假手术组(Sham)、创伤性脑损伤组(Vehicle)和创伤性脑外伤+石杉碱甲治疗组(HupA)。每天灌胃给予HupA0.05mg/kg/day,连续给药30天后,处死动物,留取脑组织。(1)酶标法检测氧化应激指标MDA和SOD活性及水平;(2)Westernblot检测Nrf2和NF-κB在胞浆蛋白中的表达以及HO-1的总蛋白表达;(3)免疫组化检测Nrf2的表达及小胶质细胞数量和活化状况;(4)RT-PCR检测皮层及海马TNF-α和IL-lβ在mRNA水平的表达;(5)ELISA法检测炎症细胞因子(TNF-α和IL-lβ)蛋白含量。
结果:
(1)Vehicle小鼠较Sham组小鼠氧化应激水平明显增加,小胶质细胞活化明显增加,使用石杉碱甲处理后可以抑制氧化应激及炎症反应。(2)与Sham组比较,Vehicle组小鼠Nrf2蛋白核/浆比明显升高,Nrf2从细胞质转移至细胞核,其下游HO-1蛋白表达上调,给予石杉碱甲处理后小鼠皮层细胞核中Nrf2表达及HO-1蛋白表达水平显著上调。(3)小鼠TBI后TNF-α和IL-lβ含量及mRNA水平显著增多,经石杉碱甲处理后TNF-α和IL-lβ含量及mRNA水平显著低于对照剂处理组。(4)与Sham组比较,Vehicle小鼠脑组织蛋白NF-κB核/浆比明显升高,NF-κB从细胞质转移至细胞核,经石杉碱甲处理后NF-κB核/浆比显著低于对照剂处理组。
结论:
(1)石杉碱甲通过抑制氧化应激损伤及神经炎症反应改善脑损伤小鼠的学习记忆功能及病理损伤;(2)石杉碱甲的神经保护作用与激活Nrf2-ARE通路相关;(3)石杉碱甲通过降低TBI引起的NF-κB活化,抑制小胶质细胞激活,减少炎症细胞因子的释放,减轻神经功能障碍,发挥脑保护作用。