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目的:
脊髓损伤(spinal cord injury, SCI)包括原发性和继发性损伤,原发性损伤是指在外力作用下的不可逆损伤;继发性损伤是在原发性损伤基础上产生一系列生化变化,包括活性氧自由基损伤、脂质过氧化、兴奋性氨基酸的毒性作用和细胞凋亡等,具有可逆性,是临床治疗脊髓损伤的关键。
表没食子儿茶素没食子酸酯(Epigallocatechin-3-Gallate,EGCG)是一种从绿茶中提取的高效、无毒的天然抗氧化剂,能透过血脑屏障,具有较强的清除自由基、抗氧化功效和减少细胞凋亡等作用,并对中枢神经系统脑、脊髓损伤具有保护作用。
本实验通过钳夹法建立大鼠SCI模型,利用生物化学检测法和斜板实验观察SCI后早期(24h)EGCG对脊髓组织超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、丙二醛(Malondialdehyde,MDA)、抗超氧阴离子自由基(Anti superoxide anionradical,ASAR)活力、总抗氧化能力(Total antioxidative, T-AOC)的影响及伤后4 w大鼠运动功能的影响;利用连续组织切片、平面计数和免疫组化方法观察大鼠SCI后,EGCG对脊髓神经元细胞在一定的时间、空间范围内的存活、凋亡及其相关调控蛋白Caspase-3表达分布的影响,探讨其保护脊髓继发性损伤的机制,从而为EGCG应用于临床治疗脊髓损伤提供实验及理论依据。
实验方法:
1、实验动物分组
SD大鼠(SPF级),共195只,体质量250~280 g,雌雄不拘,其中用于活性氧自由基测定实验和运动功能检测共125只,活性氧自由基测定实验随机分为假手术组(n=20)、SCI组(n=20)、EGCG组(n=20)、甲基强的松龙(MP)组(n=20);生化检测按损伤时间又分4组,术后1h、6h、12h、24h组(n=20);运动功能检测分术后1d、7d、14d、21d、28d组(n=20)。用于免疫组化实验75只,分为假手术组(n=25)、SCI组(n=25)、EGCG组(n=25),每组按时间又分为术后6h、12h、24h、3d、7d组(n=5)。
2、SCI模型的建立
采用钳夹法建立大鼠脊髓损伤模型。
3、脊髓样品制备及测试方法
SCI后经1~24 h,取出伤段脊髓组织约30mm,采用黄嘌呤氧化法、硫代巴比妥酸(Thiobabituric Acid,TBA)法测定SOD、MDA、ASAR和T-AOC活性和含量。
4、斜板实验运动功能评价
斜板实验标准参照Rivlin和戎利民等方法并改良,进行大鼠斜板实验。
5、脊髓组织样本制备、组织切片和空间定位
在SCI后各个时间点(6h、12h、24 h、3d、7d)取出脊髓后进行脱水、透明及石蜡包埋,连续脊髓切片,连续收集脊髓切片200张,取第1、11、21…191号,共计20张载玻片,进行结晶紫(Cresyl Violet,CV)染色,观察EGCG治疗后不同时间、空间范围内存活的神经元形态。
6、神经元平面计数和脊髓损伤中心的确定(CV染色)
采用平面计数方法,计数脊髓标本左右腹角内神经元的数量,将神经元数量最少的一张定为脊髓损伤中心。
7、神经元细胞凋亡检测(TUNEL和NSE双标记染色实验)
以损伤中心为0.0 mm点,向头端方向,从第2张载玻片(第100号)开始,每隔10张(0.5 mm)选一张载玻片,按照原位末端标记法(Terminal-deoxynucleotidylTransferase Mediated Nick End Labeling,TUNEL)试剂盒说明书,先进行神经元Tunel染色,再进行神经元特异性烯醇化酶(Nenron Specific Enolase,NSE)免疫组化染色,观察神经元凋亡表达状况。
8、神经元凋亡和Caspase-3蛋白的表达(TUNEL和Caspase-3双标记实验)
以损伤中心为0.0 mm点,向头端方向,从第3张切片(第99号)开始,每隔10张选一张载玻片,按照TUNEL试剂盒说明书,先进行神经元TUNEL染色,再进行Caspase-3免疫组化染色,观察神经元表达Caspase-3状况。
实验结果:
1、EGCG对SOD、ASAR、T-AOC的影响
与损伤组相比,EGCG治疗组各时间点SOD、ASAR、T-AOC含量均有显著上升(P均<0.01)。
2、EGCG对MDA的影响
与损伤组相比,EGCG治疗组MDA含量各时间点均有显著下降(P<0.01)。
3、EGCG对运动功能的影响
与损伤组相比,EGCG组斜板角度明显增加(1d组除外,P<0.01)。
4、CV染色观察神经元存活状况
在6h~7d时间内,在1.00~3.50 mm空间范围内,EGCG组与SCI组相比,随着损伤距离的增加,SCI组存活的神经元数明显增加(P<0.01)。
5、神经元TUNEL检测结果
在6h~7d时间内,在1.05~3.05 mm空间范围内,随着损伤距离的增加,EGCG组与SCI组相比较,凋亡神经元数明显减少(P<0.01)。
6、Caspase-3蛋白免疫组化检测结果
在6h~7d时间内,在1.10~3.10mm空间范围内,随着损伤距离的增加,EGCG治疗组与SCI组相比较,Caspase-3阳性表达神经元数明显减少(P<0.01)。
结论:
1、EGCG具有明显清除脊髓活性氧自由基、抗氧化损伤能力。
2、EGCG具有明显改善脊髓损伤大鼠运动功能。
3、EGCG具有明显减少脊髓损伤神经元凋亡及相关调控蛋白表达的作用。