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编号:10400277
培高利特对脑缺血/再灌注损伤及c-jun表达的影响
http://www.100md.com 《中华医学实践杂志》 2003年第11期
     【摘要】 目的 研究培高利特对沙土鼠前脑缺血/再灌注损伤海马CA1区神经元凋亡及即早基因c-jun表达的影响。方法 应用HE染色法、DNA原位末端标记(TUNEL)法及免疫组织化学染色法,观察沙土鼠前脑缺血5min再灌注1、3及7天,不同时间海马CA1区神经元凋亡和c-jun的表达。结果 沙土鼠短暂脑缺血再灌注3天,海马CA1区约95%的锥体细胞凋亡;再灌注7天,海马CA1区仅残存约5%的存活锥体细胞;再灌注1天,海马CA1区c-jun表达增高,随时间的延长表达逐渐减弱。预先应用培高利特可抑制海马CA1区锥体细胞凋亡、提高存活锥体细胞数、显著抑制c-jun的表达。结论 培高利特具有确切的脑保护作用,抑制c-jun的表达可能是其脑保护作用机制之一。

    关键词 培高利特 脑缺血/再灌注损伤 细胞凋亡 沙土鼠 c-jun

    【文献标识码】 A 【文章编号】 1684-2030(2003)11-0961-03
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    Effects of pergolide on forebrain ischemia/reperfusion

    injury and the expression of c-jun

    Xu Tie,Zong Xuemei,Lu Jiannong,et al.

    Center of Emergency,Affiliated Hospital of Xuzhou Medical College,Xuzhou 221002.

    【Abstract】 Objective To investigate the effects of pergolide on neuronal apoptosis and the expression of apoptotic related gene c-jun in hippocampal CA1 region following forebrain ischemia and reperfusion in gerbils.Methods HE staining、TUNEL staining and immunohistochemistry were used to examine the surviving and apoptotic neurons and the expression of c-jun in hippocampal CA1region at1,3and7d after transient ischemia in gerbil.Reˉsults 5min forebrain ischemia resulted in extensive CA1apoptosis3and7days after surgery.About95%neurons in hippocampal CA1area entered apoptosis3d after reperfusion and only5%pyramidal neurons stayed surviving7d afˉter reperfusion.The expression of c-jun reached its peak at1d and disappeared7d after reperfusion.Pretreatment of pergolide attenuated neuronal apoptosis and enhanced the number of surviving neurons.Pretreatment of pergolide reduced the expression of c-jun in hippocampal CA1region.Conclusion All these results indicate that pergolide plays an important role in the protection of hippocampal neurons from apotosis through reducing the expression of c-jun protein.
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    Key words pergolide cerebral ischemia/reperfusion injury apoptosis c-jun

    海马CA1区对脑缺血最为敏感,即使短暂的脑缺血也可造成锥体细胞凋亡 [1] 。培高利特(pergolide)为多巴胺D 2 受体激动剂,已被广泛用于帕金森氏病的临床治疗。而我实验室前期研究发现,培高利特对脑缺血亦发挥显著的保护作用。培高利特可显著减轻沙土鼠脑缺血/再灌注损伤后行为学异常,减少海马CA1区锥体细胞凋亡。其具体作用机制目前尚未完全阐明。即早基因c-jun是脑缺血后快速而短暂表达的一种基因。既往研究表明,脑缺血后c-jun表达的增高与细胞凋亡密切相关 [2] 。为此,本实验用免疫组织化学方法观察培高利特对脑缺血后海马神经元c-jun表达的影响,深入探讨其发挥脑保护作用的基因调控机制。

    1 材料和方法
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    1.1 材料和试剂 实验动物:雄性蒙古沙土鼠(50~70g),清洁级,由徐州医学院实验动物中心提供。培高利特、二甲基亚砜(DMSO)为Sigma公司产品。细胞凋亡检测试剂盒、蛋白酶K、BCIP/NBT显色剂均为德国宝灵曼公司产品。兔抗c-jun抗体为美国Santa Cruz公司产品。SP试剂盒、DAB显色剂为北京中山公司产品。温度检测仪Hemopro-1型(美国),多功能脑电监护仪(中国),LEICA Qwin图像处理与分析系统(德国)。

    1.2 分组 实验前,动物在同一环境(室温22~25℃,避免强光及噪音刺激,足够的食物和饮水)饲养48h以上。实验处理时,尽量避免额外刺激。沙土鼠随机分为3组,每组6只。(1)假手术组(S):仅游离双侧颈总动脉但不阻断;(2)缺血组(I/R):应用无创动脉夹夹闭双侧颈总动脉5min后,松开动脉夹恢复脑血流灌注;(3)培高利特组(PER):培高利特(溶于DMSO)1mg/kg缺血前1h腹腔注射。假手术组与缺血组于术前1h单纯腹腔注射等容积的DMSO。
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    1.3 动物模型 采用沙土鼠前脑缺血/再灌注损伤模型。实验时监测脑电图,以夹闭双侧颈总动脉后1min内脑电图成等电位作为前脑缺血成功的标志,并将未成等电位的沙土鼠从实验中剔除。监测鼓膜温度以间接反映脑温。整个实验过程将动物置于流动空气浴箱中,用灯泡加热或冰块降温的方法维持动物麻醉及缺血/再灌注期间鼓膜温度在37.0~37.5℃。实验6h后沙土鼠回笼。

    1.4 TUNEL染色及c-jun免疫组织化学检测 沙土鼠在规定存活时间内,腹腔注射戊巴比妥钠(40mg/kg)麻醉,开胸、暴露心脏,经主动脉插管,依次灌注生理盐水50ml及10%的中性福尔马林100ml,持续灌注30min左右。然后断头取脑,置于相同固定液中浸泡固定过夜,石蜡包埋。在囟门后1.7mm处(海马齿状互包平面)连续冠状切片,片厚4μm。切片按序间隔分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ套。Ⅰ套切片行HE染色;Ⅱ套切片依据Wijsma [3] 等报道的TUNEL染色法做了改进。具体步骤如下:(1)切片常规脱蜡至水,滴加蛋白酶K(20μg/ml,pH7.8)室温消化20min;(2)滴加新鲜配制的TUNEL反应液,37℃孵育1h;(3)滴加抗荧光素-碱性磷酸酶工作液,37℃孵育30min;(4)用BCIP/NBT显色剂(20μg/ml,pH9.5)呈色,室温5~10min,核快红复染,常规脱水、透明、封片,光镜观察、计数并照相。同时设立阳性(加DNase I,1μg/ml)和阴性对照(不加TdT);Ⅲ套切片以SP法做c-jun免疫组织化学反应。具体步骤如下:(1)切片常规脱蜡至水,滴加3%H 2 O 2 10min,灭活内源性过氧化物酶;(2)入EDTA抗原修复液中微波修复抗原10min,自然冷却至室温;(3)滴加10%正常羊血清,室温30min;(3)滴加兔抗c-jun(1:200)一抗血清,4℃孵育24h;(4)按SP试剂盒说明滴加二抗、三抗,DAB显色剂呈色、封片。以0.01mol/L PBS替代一抗作为阴性对照。
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    1.5 细胞计数和图像分析 在400倍光镜下观察HE染色切片中海马CA1区中段形态大致正常的锥体细胞数目(个/100μm 2 )及TUNEL染色切片中相同部位染成蓝紫色的凋亡阳性细胞数目(个/100μm 2 )。免疫组织化学染色切片采用LEICA Qwin图像处理与分析系统进行图像分析。每组6只动物各取1张切片,每张切片取CA1区中1/3段3个区域测量平均灰度值,然后减去此片背景平均灰度值,取其相反数作为最终平均灰度值。

    1.6 统计学处理 采用SPSS10.0软件进行统计分析。所有数据均以X±s表示,采用方差分析,以P<0.05认为差异有显著性。

    2 结果

    2.1 HE染色 再灌注1天,各组海马CA1区神经元分布均匀、整齐、形态未见明显异常。再灌注3天,缺血组约55%的神经元出现细胞体及细胞核固缩,染色质浓缩、边聚等凋亡样改变。再灌注7天,海马CA1区大多数细胞碎裂,核固缩、溶解,仅残存约5%的正常神经元。预先应用培高利特可显著提高再灌注3天及7天海马CA1区存活神经元数(分别为假手术组的89%、45%)(P<0.01),见图1。以上结果提示,缺血前预先应用培高利特,可显著提高海马CA1区存活锥体细胞数。
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    图1 培高利特对脑缺血/再灌注损伤海马CA1区存活锥体细胞数的影响略

    2.2 TUNEL染色 假手术组及其余各组再灌注1天,沙土鼠海马CA1区均未见凋亡阳性细胞。再灌注3天,缺血组凋亡达到高峰,约95%的神经元发生凋亡。再灌注7天,缺血组仍可见较多凋亡的神经元。预先应用培高利特可显著减少再灌注3天及7天海马CA1区凋亡细胞数(P<0.05或P<0.01),见图2。结果提示,缺血前应用培高利特可显著减少海马CA1区锥体细胞的凋亡。

    图2 培高利特对脑缺血/再灌注损伤海马CA1区凋亡细胞数的影响略

    2.3c-jun免疫组织化学染色 假手术组海马CA1区几乎无c-jun蛋白表达。缺血组再灌注1天,海马CA1区锥体细胞强烈表达c-jun蛋白(P<0.01),阳性染色主要分布于细胞核,随时间的延长表达逐渐减弱,再灌注7天,恢复至假手术组水平。预先应用培高利特可显著抑制再灌注1天及3天海马CA1区c-jun蛋白的表达(P<0.01),见图3,图4。
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    图3 培高利特对脑缺血/再灌注损伤海马CA1区c-jun表达的影响略

    3 讨论

    脑缺血发生后,不同部位的脑组织对缺血损伤的耐受不同。海马CA1区为缺血易损区,即使短暂的脑缺血也可造成锥体细胞延迟性神经元死亡(DND) [1] 。DND的机制为细胞坏死还是凋亡,目前仍存在争议 [4,5] 。本实验应用形态学方法、TUNEL法及凋亡相关基因表达的检测3种方法结合,证实5min前脑缺血造成的沙土鼠海马CA1区锥体细胞DND方式主要为凋亡,此研究结果与Nitatori等的研究结果一致 [5]

    脑缺血后海马锥体细胞发生DND的机制中,神经毒性物质的参与是其主要机制之一。微透析法研究表明 [6] ,脑缺血可引起纹状体、海马等部位DA的大量释放,可达正常时的500倍。Lei等 [7] 研究发现,脑缺血时DA的释放程度与缺血损伤的严重程度密切相关。抑制DA的合成或释放可减轻缺血性脑损伤的程度 [8,9] 。脑缺血时细胞外大量堆积的DA可被酶促氧化或自身氧化,生成大量的醌及自由基,通过氧化应激途径诱导凋亡,加重脑缺血再灌注损伤 [10,11] 。Luo等 [12,13] 研究发现,DA通过氧化应激可激活SAPK/JNK信号转导通路诱导凋亡。纹状体内大量堆积的DA可产生长程的活化蛋白-1(AP-1)家族成员的激活,包括c-fos、c-jun及磷酸化的c-jun蛋白,应用AP-1的选择性阻滞剂姜黄素可显著阻滞DA介导的AP-1的激活,并显著减少DA诱导的细胞凋亡数目,结果表明转录因子AP-1参与介导DA氧化应激对细胞凋亡的诱导作用。c-jun是AP-1主要家族成员之一。目前越来越多的研究认为,脑缺血产生的DND与神经元c-jun的大量表达有关 [14,15] 。Dragunow等 [2] 研究发现,中度缺血缺氧产生DND与缺血侧神经元c-jun蛋白的快速诱导及c-jun在缺血后24~48h的延迟、大量表达有关。Cheung等 [16] 研究亦表明,c-jun蛋白对所有凋亡细胞都呈免疫阳性反应,而非凋亡细胞呈阴性反应。缺血前及再灌注期间阻断海马CA1区延迟的c-jun表达,能显著地保护神经元免于缺血诱导的凋亡 [17,18] ,提示c-jun在细胞凋亡的发生中起着至关重要的作用。
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    本实验观察到,沙土鼠短暂脑缺血可引起海马CA1区神经元持续而大量的表达c-jun蛋白,神经元最终凋亡。而预先应用培高利特能减少缺血后海马神经元c-jun的表达,抑制神经元凋亡,提高锥体细胞存活率。其机制可能为:D 2 受体为DA自身受体,突触前膜受体对配体的敏感性较突触后膜受体高,故D 2 受体激动剂培高利特可优先作用于突触前受体,反馈抑制脑缺血时DA的生物合成及释放,从而减少DA代谢产物通过氧化应激诱导的c-jun的激活,减少神经元的凋亡。Caldwell等 [19] 用微透析法证实,D 2 受体激动药lisuride可降低脑缺血所致的大鼠细胞外液DA含量的升高,减轻再灌注后的学习记忆障碍。表明D 2 受体激动剂可通过减少缺血时DA的释放而发挥神经保护作用。培高利特的脑保护作用是否还有其他机制的参与尚有待进一步深入研究。(本文图4略)

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    作者单位:1 221002徐州医学院附属医院急救中心

    2 江苏省麻醉学重点实验室

    (收稿日期:2003-10-20)

    (编辑 心怡), 百拇医药(许铁)