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编号:10226797
人胚黑质细胞移植治疗帕金森病模型猴的行为观察
http://www.100md.com 《中国医学杂志》 1997年第9期
     作者:刘振国 陈生弟 余慧贞 徐德隆 蒋芝华 周长福

    单位:200025 上海第二医科大学附属瑞金医院神经内科(刘振国、陈生弟、余慧贞、徐德隆);中国科学院上海生理学研究所(蒋芝华、周长福)

    关键词:帕金森病;脑组织移植;行为;疾病模型,动物

    中华医学杂志970914 目的 观察人胚黑质细胞移植治疗帕金森病(PD)模型猴的病理行为及改善程度。方法 应用甲基-苯甲基-四氢吡啶(MPTP)制备偏侧PD猴模型,将早期人胚黑质细胞立体定向植入PD猴脑内,连续半年观察动物行为的改善程度,并结合免疫电镜证实移植神经元存活。结果 移植治疗后模型猴运动减少、动作缓慢,肌张力增高较移植前明显改善,肢体震颤几乎消失,向右侧自发性旋转行为减轻,阿朴吗啡(APO)诱发的旋转次数明显少于移植前,且可持续一年,免疫电镜可观察到移植酪氨酸羟化酶阳性神经元与宿主脑细胞建立突触联系。结论 植入PD猴脑内的黑质神经元可与宿主神经细胞建立突触联系,且病理症状改善持续时间较长。
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    Behaviour after transplantation of brain cells into monkey models of parkinson′s disease Liu Zhenguo, Chen Shengdi, Yu Huizhen et al. Department of Neurology, Reijing Hospital, Shanghai Second Medical University, Shanghai 200025

    Objective To observe the improved degree of pathogenic behaviour in monkey models of Parkinson′s disease after transplantation of substantia nigra cells of human fetus. Method 1-methy-4-pheny1-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) was used to prepare monkey models of hemiparkinson′s disease, ie, early substantia nigra cells of human fetus were stereotaxically transplanted into PD monkey′s behaviour for six months, using immuno-electromicroscopy to prove the transplanted survived neuron. Results After transplantation, the model monkey′s motion slow and muscle hypertonia was appparently improved. Limb tremor almost disappeared. Right spontaneous rotation behavior relieved. Rotating frequency caused by APO became less than before transplanytation, and its effect could last a year. Under the immunoelectromicroscope, we observed that transplanted tyrosine hydroxylase positive neuron was connected with the host brain cells in synapse. Conclusion Substantia nigra neuron transplanted into the PD monkey brain can establish synaptic connection with the host nervous cells. Pathogenic symptoms are improved and the effect may remain for a longer time.
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    Key word Parkinson disease Brain Tissue Transplantation behaviour Disease Models, Animal

    (Natl Med J China, 1997, 77:683-686)

    随着对肾上腺髓质移植治疗帕金森病(PD)效果的不断认识,脑细胞移植技术也不断完善,胚胎黑质细胞移植治疗PD引起了广泛的关注,在啮齿类PD动物模型上进行了大量的同种胚胎黑质细胞移植治疗研究,效果尚好。在临床上也进行了尝试,虽有一定效果,但各家报道疗效不一,尚无法证实移植神经元与宿主脑细胞是否建立突触联系。因此,在灵长类PD动物模型上进行胚胎黑质细胞移植治疗,摸索各种移植条件及技术,长期系统观察动物病理行为之变化,将有助于人胚黑质细胞移植治疗PD的进一步临床应用。我们在以往工作的基础上[1],长期系统观察不同移植靶部位对PD模型猴病理行为改善的影响,同时结合免疫电镜观察证实移植神经元与猴脑细胞建立突触联系,为PD的脑细胞移植治疗的进一步研究奠定基础。
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    材料与方法

    1.偏侧PD猴模型的建立及验证[2]:健康雄性恒河猴9只,体重5~10kg、猴龄10~18岁,动物经氯胺酮(8mg/kg)麻醉后,在颈动脉三角处分离暴露颈总动脉,按0.7mg/kg将甲基-苯基-四氢吡啶(MPTP)溶液10ml,缓慢远心方向注入颈总动脉。动物产生PD样病理症状后,取阿朴吗啡(APO)0.1mg/kg,肌肉注射,诱发动物产生旋转行为确定模型成功。

    2.人胚脑黑质细胞悬液制备、移植及术后处理[2]:由子宫切除术及子宫钳刮术获得胚胎4只,胎龄10~12周,采用无菌技术取中脑腹侧黑质,经0.1%胰蛋白酶处理及机械性吸吹打处理,制成细胞悬液,细胞密度6~7×103个/μl。经台盼兰染色证实细胞成活率为67%~99%。

    3.分组:按供体和受体靶部位的不同,将模型动物分为四组,分别为假移植对照组(2只);黑质细胞植入尾核组(3只);黑质细胞植入尾壳核组(2只)以及黑质细胞植入黑质组(2只)。模型建立3~10个月后,动物在戊巴比妥钠麻醉下,立体定向仪固定头部,实施颅脑手术,参照猴脑立体定向图谱,将黑质细胞悬液或细胞培养液分别多方位(12点)注入右尾核头部及壳核;右侧黑质部位注射3点,每点注射2μl,注射速度为1.0 μl/分,留针2分钟。尾状核头部移植的中心参照坐标:耳间线前A21.5mm;右旁开R3.5mm;硬脑膜下H9.0mm;壳核移植的中心点参照坐标:耳间线前A 20.0mm;右旁开R 8.5mm;硬脑膜下H 11mm;黑质部位移植的中心参照坐标:耳间线A 7.5mm;右旁开R 3.5mm;硬脑膜下H 19.5mm。术后1个月内,联合使用Cyclosporine A (10mg/kg)、强的松(2mg/kg)、硫唑嘌呤(1mg/kg),隔日1次鼻饲,用量由大到小,逐渐减量。
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    4.定量检测模型猴的旋转行为:于移植前4周内和移植后第4、8、12、16、20、24周取阿朴吗啡(APO) 0.1mg/kg肌肉注射,观察移植前后动物旋转行为及旋转次数的变化。

    5.免疫电镜观察移植神经元的超微结构:采用染色后包埋法,在免疫组织化学TH染色基础

    上[3],解剖显微镜下,将TH阳性反应的神经元部位取下,侵入1%锇酸溶液固定1小时,梯度酒精脱水,环氧树脂包埋,超簿切片,醋酸铀及柠檬酸铅染色,电镜观察并摄片。

    结果

    1.移植前后PD猴模型病理行为症状的变化:经右侧总动脉注射MPTP 3~8天后,动物相继出现以强直或震颤为主的症状,年龄大者出现早,年龄小者出现晚,表现左侧(损伤对侧)肢体运动减少,行动迟缓,肌张力增高,姿势性震颤,尤以上肢为著;面部表情呆板,两眼呆滞,瞬目减少;躯体多呈屈曲姿势;投予食物时,仅能用右前肢取食。上述症状于注射MPTP后第四周达到高峰,截止实验结束(2年),未发现累及注射侧肢体。而且动物表现出自发性向右侧(注射侧)旋转,平均转次为2~3次/分,当受到刺激时,旋转次数增至8~10次/分。
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    于移植术后第2周开始观察移植效果,虽然移植组动物左侧肢体仍表现运动减少、动作缓慢、肌张力增高,但较移植前已有明显改善。左侧肢体可以单独或协助右前肢取食;肢体震颤几乎消失;向右侧自发性旋转行为减轻,平均转次为0~1次/分。尾壳核移植组动物病理症状改善程度比尾核移植组明显,当受刺激时出现自发性左侧旋转。而假移植对照组动物移植前后病理症状无改变。

    2.移植前后PD猴模型旋转行为的定量检测:已知一侧纹状体内(DA)含量增加,动物将出现向DA含量少的一侧旋转。MPTP可以高度选择性损毁同侧黑质纹状体通路DA神经元,造成注射侧纹状体内DA含量显著降低,动物出现自发性向右侧旋转。而且,由于突触后DA受体因去神经改变而呈超敏状态,APO作为突触后DA受体激动剂,可以诱发动物出现旋转行为。从动物对APO反应出的旋转速率可以间接反映出动物脑内两侧纹状体内DA含量不平衡的程度。移植后前8周(附图),移植组动物的诱发旋转次数明显少于移植前。尾壳核移植组的旋转次数减少程度大于尾核移植组,而且于移植后第1个月内出现逆行性(左侧)旋转。而假移植对照组动物的旋转次数有增加趋势。
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    S(人胎黑质细胞),C(猴尾核),P(猴壳核),M(培养基),→(植入)

    附图 移植前后不同时间肌肉注射APO后30分钟内猴转次

    3.移植神经元的超微结构:在电镜下,可见TH阳性胞体,树突或轴突终末。阳性胞体多为中小型椭圆形细胞,免疫反应产物为电子密度高的物质,主要沉积在胞浆内的膜性细胞上,如线粒体外膜,内质网等处和基质内,免疫反应产物可延伸到树突内。在阳性轴突终末内,免疫反应产物附着于线粒体外膜、微管和微丝的外表面,以及突触泡的外表面。胞核的免疫反应呈阴性,核仁清晰。阳性轴突终末或树突与阴性胞体、树突或轴突终末形成对称性突触联系;同时阳性胞体、阳性树突也接受阴性轴突终末或树突发出的对称性突触联系。而且,阴性轴突终末或树突在与阳性胞体或树突形成突触联系的同时,也与阴性轴突终末或树突形成非对称性突触联系。

    讨论

, http://www.100md.com     胚胎脑细胞移植治疗PD的动物实验和临床实践的研究资料表明[4],移植物有可能通过多种机制发挥作用。目前提出的机制主要有:(1) 微泵作用:植入脑内的胚胎中脑产生和释放DA,并通过简单的弥散进入宿主纹状体或脑脊液而发挥作用。由于DA释放到细胞外后在几秒内就被迅速清除,即使移植物能存活并释放DA,但要通过纹状体内扩散或经脑脊液作用于远处还是很困难的。(2) 血脑屏障(BBB)局部开放:移植物释放DA由缺损的BBB进入血管,然后被输送到邻近的宿主脑内发挥作用,有实验发现,胚脑细胞悬液立体定向移植技术的动物可在1周内建立完整的BBB,即使是异种移植也是如此[5] 。表明BBB局部开放在胚胎脑细胞移植治疗PD中的长期作用很小。(3) 营养作用:由于移植物的营养作用或移植术引起损伤相关的营养因素,促进纹状体残存的DA纤维生芽而发挥作用。采用预制空洞的移植方法发现尽管单纯手术、脂肪组织或坐骨神经、非DA胚胎组织以及胚胎中脑移植都可诱发DA纤维生芽,但只有用胚胎中脑获得效果最大。表明在胚胎中脑移植治疗PD中营养方式还是具有一定效果的。(4) 神经支配:胚胎中脑移植治疗PD以这一机制发挥功效的可能性最大。临床上胚胎中脑治疗PD显效的病人,PET检查表明,纹状体内DA神经末梢合成和储存DA能力得到了恢复。由于残存的DA纤维生芽的程度很小,不足以解释PET见到的6-FD吸收率上升。认为是移植DA神经元存活并支配宿主纹状体细胞所致。总之,胚胎脑细胞移植治疗PD在术后早期和后期的作用机制可能有所不同,早期效应很可能是由移植物分泌DA、局部BBB开放及营养因素等起作用。而长期疗效的维持则有赖于移植的DA纤维对纹状体的再支配。本实验中尾壳核移植组的旋转次数减少程度大于尾核移植组及黑质移植组,且在早期(第1个月内)出现逆行性旋转,这可能是与移植部位、数量以及移植黑质细胞释放DA,局部营养因素作用有关。而系统观察一年动物旋转行为较移植前仍有减少,这可能与移植DA神经元的神经支配作用有关。
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    本实验采用免疫电镜观察植入PD猴尾壳核内的人胚黑质DA神经元的超微结构,可见移植的TH阳性轴突或树突阴性胞体、轴突终末或树突形成对称性突触结构,同时TH阳性胞体或树突也接受周围细胞发出的纤维,形成对称性突触结构。但由于我们采用电镜观察是在移植后二个月进行的,所形成的各类型突触结构不是很多,这可能与移植时间有关。我们取材的人胚胎龄为10~12周,与Clarke取材[6](6.5~9周)相比,胎龄长2~3周左右,此时我们移植后二个月的神经元与Clarke移植后11~12周的神经元相比,其发育情况是相同的,只形成少量突触结构。由于经MPTP处理侧黑质内尚有10%~15%的残存TH阳性细胞,光镜下可见尾壳核区有粗大的TH阳性纤维,随着免疫组织化学染色方法的不断改进,移植神经元发出的特异性纤维则可标记;同时结合移植前后生化指标的改变,更能说明移植神经元与宿主之间形成具有功能的突触结构。

    参考文献

    1 刘振国,陈生弟,余慧贞,等.帕金森病猴模型人胚脑细胞移植的实验研究,中华神经精神科杂志,1994,27:146.
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    2 Chen SD, Zhou XD,Xin DL,et al.Hemiparkinsonism in moukeys following unilateral common carotid artexy infusion of MPTP. Chin Med J, 1991,104:578.

    3 Hsu SM, Raine L, Fanger H et al. Use of avidin-biotin-peroxidase complex (ABC) in immunoperoxidase techniques: A comparison between ABC and unlabled antibody(PAP) procedures. J Histochem Cytochem, 1981,29:577.

    4 刘振国,余慧贞,陈生弟.脑组织移植与帕金森病.上海医学,1994,17:177.
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    5 顾耀名.脑移植治疗神经系统退变性疾病的研究和展望.见:姚志斌,陈义慈,主编.脑研究前沿.广州:广东科技出版社,1995.236-255.

    6 Clarke DJ, Brundin P, strecker, RE, et al. Human fetal dopamine neurons grafted in a rat model of Parkinson′s disease:Using tyrosine hydroxylase immunocytochemistry. Exp Brain Res, 1988, 73:115.

    (收稿:1997-02-03 修回:1997-06-02), http://www.100md.com