垂体腺苷酸环化酶激活肽对大鼠脑缺血再灌注后P-ERK、P-JNK表达及凋亡的影响

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背景和目的缺血性脑血管病(ischemic cerebrovascular diseases,ICVD)因其发病率、死亡率和致残率高而严重危害人类健康。神经损伤及细胞死亡机制一直是基础和临床医学研究的热点。近年来缺血再灌注损伤日益受到关注。脑缺血再灌注后神经元可发生凋亡。细胞凋亡是脑缺血半暗带区细胞死亡的主要方式。挽救该区尚存活的细胞是治疗缺血性脑血管病再灌注损伤的关键。垂体腺苷酸环化酶激活肽(Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide,PACAP)是一种多效肽,属于促胰液素/胰高血糖素/血管活性肠肽家族,具有极强激活腺苷酸环化酶活性。广泛分布于中枢和周围神经系统。有证据表明PACAP是一种有希望的神经保护肽。它在神经系统的发育和体内外损伤后的神经再生中有重要作用。研究表明外源性PACAP能通过缺血再灌注损伤的血脑屏障,缩小脑梗死体积,其作用机制尚不明了。丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)级联系统调节细胞压力和损伤反应,胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)和c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)是这其中关键的物质。它们在胞浆中被磷酸化激活后移位至细胞核,激活转录因子并导致基因转录。ERK是主要的存活信号,而JNK则参与了细胞的凋亡。它们在脑缺血损伤后表达与动态平衡决定了脑损伤程度。但时空性表达规律尚未达成共识。本实验通过线栓法建立大鼠局灶性脑缺血再灌注模型,并经大鼠尾静脉注射外源性的PACAP-38,观察大鼠神经功能和光镜下细胞坏死情况,通过免疫组化方法观察大鼠大脑皮层p-ERK、p-JNK阳性细胞表达,用末端脱氧核糖核酸介导的生物素化脱氧尿嘧啶缺口末端标记(terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP-biotin nick end labeling,TUNEL)法检测凋亡阳性细胞表达,探讨局灶性脑缺血再灌注后神经元死亡的机制和PACAP-38的脑保护作用及机制。为临床应用PACAP治疗脑血管病提供实验和理论依据。材料和方法(1)健康雄性SD大鼠72只,体重280-320克,随机分成三组,假手术组(A)、缺血再灌注模型组(B)、PACAP组(C),每组24只,每组又根据缺血再灌注后不同时间点随机分为四小组,每小组6只。采用线栓法阻断大鼠左侧大脑中动脉血流2hr再灌注2、12、24、48hr制成局灶性脑缺血再灌注损伤模型(middle cerebral artery occlusion,MCAO)。假手术组除插线深度为10mm外,余同手术组。术后观察左侧Horner’s征和右侧肢体瘫痪症状以判断模型是否成功。PACAP组于再灌注30min内经尾静脉注射PACAP-38为1×10-9mol/kg(溶于1ml生理盐水),假手术组、缺血再灌注模型组大鼠在同一时间经尾静脉注射生理盐水1ml。(2)各小组于再灌注后各时间点进行神经功能学评分后,深麻醉大鼠,灌注、取脑、后固定、石蜡包埋、切片。采用H-E染色、免疫组化SP法和TUNEL法观察大鼠缺血脑皮层神经元变化、p-ERK、p-JNK阳性表达和神经元凋亡。p-ERK和p-JNK一抗浓度均为1∶300。(3)应用SPSS11.0统计软件进行数据处理。实验数据用均数±标准差((?)±s)表示。两样本均数间的比较采用独立样本t检验;多样本比较采用完全随机资料的方差分析法(单因素方差分析法,one-way ANVON)处理。以a=0.05作为显著性检验水准。结果(1)模型制成后,缺血再灌注模型组和PACAP组大鼠均出现不同程度的精神萎靡、右侧肢体肌力减弱。PACAP治疗组与缺血再灌注模型组比较明显降低了2、12、24、48hr时间点的神经功能学评分,差别有统计学意义(P<0.05)。(2)各组病理切片苏木素-伊红(HE)染色观察:假手术组无梗死灶,神经元形态结构正常。缺血再灌注模型组大鼠脑皮层可见明显梗死灶,缺血中心区损伤神经元不同程度肿胀、变性、坏死,少见正常神经元,有大量炎性细胞浸润,梗死灶周围出现固缩浓染细胞。PACAP组梗死灶小,受损神经元数目和炎性细胞数目较缺血再灌注模型组少,周围固缩浓染的细胞数明显减少。(3)假手术组皮层偶见极少数的TUNEL染色阳性细胞。缺血再灌注模型组和PACAP组缺血侧皮层半影区可见较多凋亡细胞。PACAP组与缺血再灌注模型组比较明显降低了12、48hr再灌注后缺血皮层的凋亡细胞数,差别有统计学意义(P<0.05)。(4)假手术组皮层偶见极少数的p-ERK染色阳性细胞。缺血再灌注模型组和PACAP组缺血侧皮层阳性细胞主要表达在缺血半暗带,主要定位于神经元核内。2hr阳性细胞最多(P<0.05)。PACAP组与缺血再灌注模型组比较增加了2、12、24、48hr时间点的阳性细胞数,差别有统计学意义(P<0.05)。(5)假手术组皮层偶见极少数的p-JNK染色阳性细胞。缺血再灌注模型组和PACAP组缺血侧皮层阳性细胞2hr表达在缺血半暗带和中心区,余时间点则主要表达在半暗带。主要定位于神经元核内。有两个高峰分别为再灌注后2hr和48hr(P<0.05)。PACAP组与缺血再灌注模型组比较降低了2、12、24、48hr时间点的阳性细胞数,差别有统计学意义(P<0.05),但仍高于假手术组。结论(1)p-ERK、p-JNK在大鼠脑缺血再灌注后的表达可能具有动态和时空依赖性的变化规律。p-ERK早期表达在缺血半暗带。p-JNK表达有早、晚两个高峰,表达于缺血的中心区和半暗带。(2)PACAP-38可能抑制了缺血半暗带的神经元凋亡。可能是通过平衡c-Jun氨基端激酶(JNK)和细胞外信号调节激酶(ERK)的磷酸化,升高了p-ERK的表达,降低了p-JNK的表达而实现的。(3)经大鼠尾静脉注入的外源性PACAP-38能明显减轻大脑皮层缺血再灌注损伤,对神经细胞有较明确的保护作用。
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