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编号:10241819
脑创伤后脑内IL-1β、细胞间粘附分子-1、血管细胞粘附分子-1的变化
http://www.100md.com 《中华创伤杂志》 1998年第2期
     作者:朱刚 王正国 朱佩芳 王宪荣

    单位:400038 重庆,第三军医大学附属西南医院神经外科(朱 刚、王宪荣);第三军医大学野战外科研究所(王正国、朱佩芳)

    关键词:脑撞击伤;继发性脑损伤;白细胞介素-1;细胞间粘附分子-1;血管细胞粘附分子-1

    中华创伤杂志/980212.htm 【摘要】 目的 探讨脑创伤后脑内白细胞介素-1β(IL-1β)、细胞间粘附分子-1(ICAM-1)及血管细胞粘附分子-1(VCAM-1)与继发性脑损伤(SBI)发病的关系。方法 用原位杂交(ISH)、免疫细胞化学(ICC)等方法,观察了脑创伤后脑内IL-1β、ICAM-1及VCAM-1的变化。结果 侧脑室注射重组人IL-1β(rhIL-1β),显著增加多形核粒细胞(PMN)在受伤脑组织中的侵入和聚集;而给予IL-1β抗体和N-乙酰半胱氨酸(NAC),则明显减少PMN在受伤脑组织中的侵入和聚集。提示,脑创伤后受伤脑组织、IL-1β、ICAM-1及VCAM-1的表达分泌增加与PMN在受伤脑组织中的侵入和聚集明显相关。结论:脑创伤后脑内炎症反应,包括脑创伤后PMN在受伤脑组织内侵入和聚集,可能在SBI发病过程中起重要作用。
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    Study on Changes and Effects of Interleukin-1β, Intercellular Adhesion Molecule-1 and Vascular Cell Adhesion Molecule-1 in Brain after Brain Injury ZHU Gang, WANG Zheng-guo, ZHU Pei-fang, et al. Dept. of Neurosurgery, Southwestern Hospital, Third Millitary Medical University, Chongqing 400038

    【Abstract】 Aim To evaluate the contribution of Interleukin-1β(IL-1β), Intercellular adhesion molecule-1(ICAM-1) and vascular cell adhesion molecule-1(VCAM-1) to the secondary brain injury (SBI). 姟迹祝裕怠保龋凇組ethods The changes of IL-1β, ICAM-1 and VCAM-1 in brain after cerebral injury were measured by the methods of in situ hybridization (ISH) and immunocyto-chemistry(ICC). The relationship between the secretion and expression of these parameters and the infiltration and accumulation of polymorphonuclear neutrophic(PMN) in the injured brain was also studied. Results Injection of IL-1β in cerebral lateral ventricle increased the infiltration and accumulation of PMN in injured brain, but anti-IL-1β and N-acceltycystine (NAC) reduced them. It indicated that there was a definite relationship between the increase of expression and secretion of IL-1β, ICAM-1 and VCAM-1, and the infiltration of PMN in the injured brain. Conclusion The inflammatory response, including the infiltration and accumulation of PMN, is related to the increase of IL-1β, ICAM-1 and VCAM-1 after cerebral injury, which may play an important role in SBI.
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    【Key words】 Impacted brain injury Secondary brain injury Interleukin-1β Intercellular adhesion molecule-1 Vascular cell adhesion molecule-1

    颅脑创伤具有很高的死亡率和致残率,主要原因之一是脑伤后常出现继发性脑损伤(SBI)[1]。近年,脑内炎性损伤在SBI发病机制中的作用受到重视。白细胞介素-1(IL-1)、细胞间粘附分子-1(ICAM-1)和血管细胞粘附分子-1(VCAM-1)是炎症反应调节的重要因子。近年研究发现,组成血脑屏障(BBB)细胞,如脑血管内皮细胞,胶质细胞上有IL-1、ICAM-1及VCAM-1分布[2~5]。目前,有关脑创伤后伤侧脑组织内IL-1、ICAM-1及VCAM-1的变化,及其介导的炎性损伤在SBI发病机制中作用的研究,国内外报道甚少。鉴此,笔者检测了脑创伤后脑组织内IL-1β、ICAM-1及VCAM-1的分布变化,并探讨其病理生理意义。
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    材料与方法

    一、动物及分组

    健康Wistar成年大鼠52只,体重(200±25.4)g,雌雄不拘,分为如下几组:(1)假致伤组4只;(2)致伤组24只,分伤后3、6、12、24小时及3、7天组,每组4只;(3)脑伤6、24小时加处理组各12只,分为重组人IL-1β(rhIL-1β)、IL-1抗体和N-乙酰半胱氨酸(NAC)三组,每组4只。4%多聚甲醛灌注固定前2小时,经尾静脉注射胶体金颗粒溶液0.6ml。

    二、致伤及处理

    20%乌拉坦腹腔注射麻醉(1g/kg体重),固定大鼠头部于立体定向仪上,无菌手术,用牙科钻于大鼠颅骨冠状缝后缘、中线左侧开骨窗直径5mm,保持硬脑膜完整。落体撞击装置撞击硬膜[6,7],致局部脑挫裂伤。打击深度5mm,打击能量3 500g*cm。脑室穿刺方法[8]:冠状缝后0.8mm、颅骨中线左侧旁开1.5mm、垂直进针4.5mm。术毕缝合头皮,置笼中喂养,按组别处理动物。动物给药方法:(1)rhIL-1β(20ng/鼠,德国宝灵曼公司),伤前半小时侧脑室穿刺给药。(2)IL-1β多克隆抗体(10μg/鼠,美国R&D公司),伤前半小时脑室穿刺给药。(3)N-乙酰半胱氨酸(NAC,美国Sigma公司),按163mg/kg 体重,实验前一天及伤前半小时腹腔注射[9]
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    娙⒐鄄庵副昙胺椒í1.脑组织ICAM-1、VCAM-1 mRNA的表示[原位杂交法(ISH)]。

    2.脑组织IL-1β、ICAM-1分泌[免疫细胞化学法(ICC)]。

    3.血脑屏障通透性改变(胶体金示踪法)。

    4.脑组织病理学观测(光镜及电镜)。

    四、数据处理及统计学分析

    本实验HE染色切片和ISH及ICC组织切片检测结果,经计算机图象分析系统处理。计量资料以均数±标准差(±s)表示,并用Student进行统计处理。P<0.05为差异显著;P<0.01为差异非常显著。

, 百拇医药     结 果

    一、病理观测

    光镜:挫伤灶脑组织水肿明显,组织细胞稀疏,细胞嗜色性减弱;灶内有点片状出血;部分神经元及胶质细胞肿胀、空泡变性或坏死;大量多形核粒细胞(PMN)穿过脑微血管并聚集于脑实质内,脑微血管内有白细胞微血栓形成。rhIL-1β脑室内注射明显增加伤侧脑组织内PMN聚集的数量。而脑室内注射IL-1β多克隆抗体和腹腔注射NAC显著抑制脑创伤后PMN向脑实质内的侵入。(附图)

    电镜:内皮细胞肿胀并向血管腔突出。血管周围间隙增宽。神经细胞突触肿胀明显;线粒体脊突吸收。神经元脱髓鞘改变;星形胶质细胞水肿明显。严重时核仁

    附图 各组脑组织内阳性细胞的灰度积分

, http://www.100md.com     消失、胞浆内线粒体肿胀,出现嵴断裂、嵴溶解;内质网扩张、空泡样变性。脑创伤后12小时见大小不等的胶体金颗粒经内皮细胞壁和内皮细胞间隙进入脑微血管壁和内皮细胞浆内;脑伤后2小时,脑微血管胶体金颗粒内漏出更加严重。

    二、脑组织VCAM-1及ICAM-1 mRNA的ISH观测

    未致伤脑组织仅有少量阳性细胞分布。脑致伤后3小时,脑伤灶及其周围即出现表达增加;脑伤后6小时及12小时VCAM-1及ICAM-1 mRNA表达达峰值。伤侧海马CA2,CA3区反应性表达增加。伤前经脑室穿刺注射rhIL-1β明显增加伤侧脑组织VCAM-1及ICAM-1表达。IL-1β抗体及NAC则显著降低伤侧脑组织VCAM-1及ICAM-1表达。

    三、脑组织IL-1β及ICAM-1的免疫细胞化学(ICC)观测

    1.IL-1β:脑创伤后3小时,伤灶及其周围脑组织IL-1β阳性染色明显;伤侧海马CA2、CA3区阳性细胞增加。
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    2.ICAM-1:伤前经侧脑室穿刺注射rhIL-1β,明显增加伤侧脑组织ICAM-1分泌。IL-1β抗体及NAC则显著降低伤侧脑组织ICAM-1分泌。

    讨 论

    一、脑创伤后IL-1β、ICAM-1及VCAM-1变化与SBI关系

    SBI主要表现为脑水肿,进行性颅内压增高、脑伤灶及其周围组织进行性缺血缺氧、酸中毒和脑细胞的变性坏死等,其根本原因之一是BBB通透性的增加。脑损伤后BBB通透性增加的机制仍不完全清楚。研究发现外源性IL-1β可引起脑血管崐内皮细胞、脑胶质细胞、神经元的变性坏死,增加脑缺血再灌流后BBB通透性和脑含水量及脑梗塞灶体积[10]。IL-1β的特异性抗体或拮抗剂可改善减轻脑水肿和PMN的浸润,缩小脑梗塞灶体积[11]。本实验结果表明,脑创伤后伤侧脑组织IL-1β明显增加并伴有脑水肿形成;rhIL-1β明显加重创伤后脑水肿,而其特异性抗体则显著抑制创伤后脑水肿的形成;电镜观察发现,脑创伤后脑微血管内胶体金颗粒漏出不仅与内皮细胞间隙增宽有关,而且和内皮细胞壁通透性增加有关,rhIL-1β脑室注射明显加重这一过程。因此,脑微血管内皮细胞、胶质细胞上IL-1β表达分泌增加可能是脑创伤后BBB通透性增加的重要原因。研究认为,海马是脑内最容易遭受继发性损伤的脑区。本实验发现,脑创伤后海马CA2,CA3区IL-1β、VCAM-1的表达分泌明显强于其他未直接致伤脑区。提示IL-1β、VCAM-1及ICAM-1的表达分泌可能是海马组织损伤的和重要原因之一。
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    二、脑创伤后脑内炎症反应与SBI关系

    炎性反应是机体最常见的病理生理过程之一,是机体清除有害物质、病原微生物的重要手段和自身防御机制。然而,近年研究表明炎性反应又是导致机体组织损伤的重要原因[12]。本实验病理学观察表明,伤侧脑组织明显水肿,伴有大量PMN等炎性细胞穿过脑微血管,侵入并滞留于脑实质内。ISH、ICC观测发现,脑创伤后伤侧脑组织,尤其是脑伤灶及其周围脑组织IL-1β、ICAM-1及VCAM-1表达分泌显著增加,rhIL-1β显著增加PMN在脑实质内的侵入和聚集,加重脑水肿,而IL-1β抗体和粘附分子抑制剂NAC能显著抑制其作用。因此,脑创伤后脑内IL-1β、ICAM-1表达分泌增加是PMN侵入并聚集于脑实质的重要分子基础。既往研究和本实验结果均证实,IL-1β、ICAM-1及VCAM-1主要由组成BBB的脑血管内皮细胞、胶质细胞表达分泌,炎性因子在促进炎性细胞粘附并穿越BBB时可能对BBB细胞的形态结构改变起调节甚至破坏作用,其结果是BBB通透性增加,炎性细胞侵入脑实质和脑水肿形成。PMN聚集,可堵塞脑微血管,加重脑缺血缺氧[13]。因此,抑制脑创伤后脑内IL-1β、ICAM-1及VCAM-1等炎性相关因子产生及其介导的炎性反应是救治颅脑外伤后SBI的有益途径。
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    参 考 文 献

    1 Chestnut RM, Marshall LF, Klauber MR, et al. The role of secondary brain injury in determining outcome from severe head injury. J Trauma, 1993, 34∶216-219.

    2 Fan L, Yong PR, Barone FC, et al. Experimental brain injury induced expression of interleukin-1β mRNA in the rat brain. Mol Brain Res, 1995, 30∶125-130.

    3. Yanasaki Y, Matsuura N, Shozuhara H, et al. Interleukin-1 as a pathogenetic mediator of ischemic brain damage in rats. Stroke, 1995, 26∶676-680.
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    4 Engelhardt B, Conley FK, Butcher EC. Cell adhesion molecules on vessels during inflammation in the mouse central nervous system. J Neuroimmunol, 1994, 51∶199-208.

    5 Aloisi F, Borsellino G, Samoggia P, et al. Astrocyte cultures from human embryonic brain: Characterization and modulation of surface molecules by inflammatory cytokines. J Neurosci Res, 1992, 32∶494-506.

    6 Shapira Y, Shohami E, Sidi A, et al. Experimental closed head injury in rats: Mechanical, pathophysiologic and neurological properties. Critical Care Med, 1988, 16∶258-263.
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    7 Feeney MD, Boyeson MG, Linn RT, et al. Response to cortical injury : Ⅰ.Methodology and local effects of contusions in the rat. Bain Res, 1981, 211∶67-85.姟迹冢耍姜8 Paxions A, Watson C. The rats brain in stereotaxis coordinates. New York, NY: Academic Press, 1986, 316-318

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    10 Ott L, McCLain CJ, Gillespie M, et al. Cytokines and metabolic dysfunction after severe head injury. J Neurotrauma. 1994, 11∶447-472.

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    12 Gando S, Nakanishi Y, Tedo I. Cytokines and plasminogen activator inhibitor-1 in posttrauma disseminated intravascular coagulation: Relationship to multiple organ dysfunction syndrome. Crit Care Med, 1995, 23∶1835-1842.

    13 Okada Y, Copeland BR, Mori E, et al. P-selectin and intercellular adhesion molecule-1 expression after focal brain ischemia and reperfusion. Stroke, 1994, 25∶202-211.

    本课题受国家自然科学基金重点项目资助(No.39630330)

    (收稿:1997-07-10), http://www.100md.com