当前位置: 首页 > 期刊 > 《第三军医大学学报》 > 2000年第2期
编号:10283599
缓慢牵伸肢体延长时周围神经损害及修复过程中生长相关蛋白-43mRNA表达的实验研究
http://www.100md.com 《第三军医大学学报》 2000年第2期
     作者:范少地 许建中 李起鸿 吴康

    单位:范少地(第三军医大学附属西南医院骨科;重庆400038);许建中(第三军医大学附属西南医院骨科;重庆400038);李起鸿(第三军医大学附属西南医院骨科;重庆400038);吴康(第三军医大学基础医学部组织学与胚胎学教研室;重庆400038)

    关键词:肢体延长;周围神经;生长相关蛋白-43;原位杂交

    第三军医大学学报000216

    提要 目的:观察缓慢牵伸肢体延长时周围神经相应的脊髓及背根神经节(DRG)中生长相关蛋白-43(GAP-43)mRNA表达。方法:29只日本大耳白兔胫骨以1mm/d的速度缓慢 牵伸延长至20%、40%,停止延长后2、4周,用原位杂 交技术观察坐骨神经相应背根神经节及脊髓中GAP-43 mRNA的表达及定位,以图像分析仪进行半定量分析。结果:缓慢牵伸至20%时相应脊髓及神经节呈阳性表 达,延长40%时呈强阳性表达,停止延长4周恢复正常。结论:缓慢牵伸周围神经虽无神经临床损害症状,但引起GAP-43mRNA表达的上调,并在停止延长后4周恢复正常;缓慢牵伸过程中神经的亚临床损害广泛存在,并存在着强烈的神经再生反应。
, 百拇医药
    中图法分类号 R394.3;R683.405 文献标识码A

    文章编号:1000-5404(2000)02-0153-03

    Expression of GAP-43 mRNA in course of injury and repair of peripheral nerve during and after limb lengthening in rabbits

    FAN Shao-di, XU Jian-zhong, LI Qi-hong, WU Kang

    (Department of Orthopedics,Southwest Hospital,Third Military Medical University, Chongqing 400038)
, 百拇医药
    Abstract Objective: To investigate the expression of GAP-43 mRNA in corresponding DRG and spinal cord during and after the limb lengthening. Methods: Using in situ hybridization, we investigated the expression of GAP-43 mRNA in corresponding spinal cord and dorsal root ganglion after 20% and 40% lengthening and at the 2nd and 4th week after 40% lengthening in rabbits. Results: There was positive expression in 20% lengthening group and stronger expression in 40% lengthening group. But the expression recovered to normal at the 4th week after limb lengthening. Conclusion: The expression of GAP-43 mRNA can be up-regulated during limb lengthening, which is corresponded to the subclinical damage of peripheral nerve. However, it can gradually recover to normal after the lengthening stops.
, 百拇医药
    Key words limb lengthening; peripheral nerve

    生长相关蛋白-43(Growth associated protein 43,GAP-43)是由神 经元胞体产生的一种特异性蛋白,其基因表达仅限 于神经系统。生长相关蛋白与神经系统的发育,突 触的形成,神经的可塑性及神经的再生密切相关[1],当周围神经受损时,GAP-43会迅速升高,当神经再生 完成后,这种蛋白表达即迅速下调[2]。急性牵伸周围 神经超过20%时即可造成神经轴索的断裂,产生不可 逆转的损害,然而缓慢牵伸的幅度远远超过此极限 ,而不产生临床神经损害,其原因是什么?本实验运用GAP-43cDNA探针原位杂交技术来观察这一变化过程 中GAP-43mRNA表达水平,阳性细胞定位及分布的变化。

    1 材料与方法

    1.1 动物模型
, 百拇医药
    选用体重2.0~2.5kg的日本大耳白兔,雌雄不拘。一 侧后肢行胫骨截骨延长。动物手术:采用兔胫骨上 干骺端外固定支架截骨延长模型[3]。术后第5天先除 去骨断端加压,然后按每日1mm分2次的速度延长肢体,术 后被动伸屈膝踝关节以防关节僵直,每7~10d摄X光片 1次了解肢体延长速度及幅度,延长率按骨延长度占 胫骨原长度的百分率计。

    1.2 GAP-43mRNA表达观察——原位杂交

    1.2.1 探针制备 将GAP-43cDNA质粒进行转化、扩增、纯化、鉴定后回收。采用德国Boehringer Mamheim公司地高辛 标记DNA试剂盒,按其说明标记DNA片段,并保留部分用 于对照实验。

    1.2.2 取材 取延长至20%、40%,延长40%后停止延长2、4周动物各6只,正常对照组5只,于3%戊巴比妥钠静 脉麻醉下,以4℃的4%多聚甲醛和0.3%饱和苦味酸混 合固定液行升主动脉插管全身持续灌注40min后冰箱放 置3~4h,取L6~7脊髓及相应神经节在同一固定液中后 固定,脱水后冰冻切片。
, http://www.100md.com
    1.2.3 原位杂交实验 上述各时相点胫后神经延长区相 应脊髓及背根神经节切片同一批以同样的方法,同样的条件下实验,以避免实验条件不同造成的误差 。以贴片法行原位杂交实验,具体步骤参照蔡文琴[4]原位杂交技术方法。

    1.3 图像分析

    每个时相6份标本,正常对照5份标本,每个标本随 机抽取6个视野,对原位杂交实验后GAP-43mRNA阳性细胞 进行图像分析,将玻片置于×40显微镜下,显微镜与 Tiger-920G图像扫描仪相连。共获得318幅图像,计算机 自动显示平均阳性细胞计数和平均积分光密度值(IOD),总测量面积均为3.4138E+005(图像分析仪自动控制 )。

    1.4 统计学处理

    采用第四军医大学统计学教研室SPLM数理统计包行方差分析。
, http://www.100md.com
    2 结果

    正常的神经节内仅有较弱GAP-43mRNA阳性表达,染色 很浅,且多为中小直径的感觉神经元。延长至20%和 40%时坐骨神经相应神经节中可见夹杂在神经纤维中 的GAP-43mRNA阳性神经节细胞,典型的GAP-43mRNA阳性神 经节细胞呈圆形或椭圆形,脱水后收缩呈凹陷形或月芽形,紫蓝色颗粒仅存在于胞浆内,胞核及神经 纤维不着色,在延长至40%组GAP-43mRNA呈强阳性表达 ,阳性细胞数目多,大、中、小直径的神经元均有 表达,染色深,见图1。停止延长后2周,GAP-43mRNA表 达明显减弱,阳性细胞数目减少,染色较为浅淡。 停止延长后4周时,仅有较弱的GAP-43mRNA表达,和正 常对照相似。见表1。

    表1 背根神经节GAP-43 mRNA阳性细胞数及IOD值

    Tab1 Number and IOD of GAP-43 mRNA positive cells in related DRG
, 百拇医药
    Group

    No.of positive cells

    IOD

    20% group(n=6)

    28.843±7.941**

    179.547±21.43**

    40% group(n=6)

    35.833±5.564**

    239.833±30.96**

    2 weeks after 40% lengthening(n=6)
, 百拇医药
    22.667±5.955*

    90.339±14.73*

    4 weeks after 40% lengthening(n=6)

    10.667±3.502

    30.221±12.79

    Control

    11.8±2.864

    33.041±12.06

    *:P<0.05,**:P<0.001 vs control
, 百拇医药
    图1 延长40%时相应神经节GAP-43 mRNA阳性细胞(NBT/BCIP×200)

    Fig1 Positive cells of GAP-43 mRNA in related DRG in 40% lengthening(NBT/BCIP×200)

    在相应的脊髓,正常情况下无阳性表达,延长20% 时呈阳性表达。延长至40%组GAP-43mRNA呈强阳性表达 ,其阳性细胞主要分布于脊髓灰质的前角,在中央 管周围及灰质的其它区域仅有散在的表达,而相对 应白质无阳性细胞表达,见图2。典型的GAP-43mRNA表 达阳性细胞呈星形及多角形,神经细胞轮廓清晰。 细胞核为无染色的圆形结构,胞浆内充满紫蓝色的 细杂交颗粒,细胞周围呈无色的圆形透明区;停止 延长后2周组,脊髓中阳性细胞数明显减少,染色亦 较浅淡。停止延长后4周,阳性细胞基本消失,见表2。

    表2 脊髓灰质前角GAP-43 mRNA阳性细胞计数及IOD值
, http://www.100md.com
    Tab2 Number and IOD of GAP-43 mRNA positive cel in related spinal cord

    Group

    No.of positive cells

    IOD

    20% group(n=6)

    23.632±6.871**

    47.397±11.274**

    40% group(n=6)

    21.167±3.312**
, http://www.100md.com
    56.618±13.563**

    2 weeks after 40% lengthening(n=6)

    10.167±3.488**

    27.499±16.471*

    4 weeks after 40% lengthening(n=6)

    0.5±1.225

    1.573±3.853

    Control

    0

    0
, 百拇医药
    *:P<0.05,**:P<0.001 vs control

    图2 延长40%时相应脊髓GAP-43 mRNA阳性细胞(NBT/BCID×200)

    Fig2 Positive cells of GAP-43 mRNA inrelated spinal cord in 40% lengthening(NBT/BCIP×200)

    3 讨论

    对于急性神经切断伤,挫裂伤后GAP-43mRNA表达的研 究较多,然而缓慢下肢延长周围神经虽然不出现临 床症状,但其亚临床损害是广泛存在的[3]。而对于缓 慢牵伸周围神经过程中以及停止牵伸后GAP-43mRNA表达 的变化,却未见有文献报道。本实验结果表明:周 围神经的亚临床损害亦可引起GAP-43mRNA表达上调。缓 慢牵伸下肢延长时,相应脊髓前角及背根神经节均 有GAP-43mRNA阳性表达,表明再生反应强烈。且随延长 幅度的增加而表达越强烈,停止延长后2周,这种表 达即明显下调。停止延长后4周,这种表达与正常对 照已无显著性差异。
, 百拇医药
    Chong[5]报道在神经切断伤和挫裂伤时,脊髓相应节段 神经元及背根神经节GAP-43mRNA将持续强阳性表达。Van derZee[6],Hoffman[7]等对周围神经挫裂伤后的实验结果亦 证实,神经损伤16h至2d,GAP-43mRNA水平达到高峰,并 维持到14d,于37d恢复到正常水平。而缓慢牵伸延长 停止后2周,这种表达已经明显减弱,提示后者再生 反应下调较早。这是由于在缓慢牵伸过程中就存在 着同步的再生。我们在组织学的研究表明[3],缓慢牵 伸过程中周围神经中超微结构可见新髓鞘形成,表 明修复与损害同步进行。

    Fitzgerald[8]的研究表明,GAP-43mRNA在脊髓背根神经节的 发育过程中的表达与轴突生长一致,胚胎第12d,轴 突生长快,GAP-43mRNA表达也强,随着神经元的发育成 熟,神经元之间突触的建立,GAP-43mRNA的表达也随之 减弱乃至消失。缓慢牵伸下肢延长,周围神经被动 拉长,轴突亦被被动拉长,产生类似于轴突生长的 过程,然而这种过程是建立在轴突不断的微损伤和 不断的再生基础之上,完全不同于胚胎时期的生长 发育,推测可能正是由于存在着不断的损伤与再生,GAP-43mRNA表达越强烈,这和Hoffman[7]研究大鼠坐神经 不同程度损伤后GAP-43mRNA表达结果相一致,压榨坐骨 神经16h,同侧背根神经节中GAP-43mRNA含量开始升高,24h升高2.5倍,48h达10倍,37d降至正常。提示缓慢牵伸过 程中神经再生反应强烈。
, 百拇医药
    大量的实验表明:周围神经和中枢神经受损后,GAP-43的表达都会增强[5,6,7]。因此GAP-43作为神经再生 的标志,在神经的发育,轴突的延长过程中起到重 要的作用。但其作用机制尚不很清楚。GAP-43是由226个氨基酸组成的。它和G蛋白的受体反应位点具有交叉 性,轴突延长是一个持续的过程。在缺乏抑制性信 号的情况下,它不会停止生长,抑制性信号能导致 生长锥的崩解或生长的停止,GAP-43结合到G蛋白受体 反应位点上,解除了抑制性信号,从而允许轴突的生长[2]

    作者简介:范少地(1966.7),男,陕西省西安市人,硕 士,主治医师,主要从事周围神经、下肢延长方面的研究。电话:(023)68773081

    参考文献

    [1]Skene J H P,willard M. Axonally transported proteins associated with axon growth in rabbit central and peripheral nervous systems [J]. J Cell Biol,1981,89(4) :96-103.
, 百拇医药
    [2]严恒林.生长相关蛋白(GAP-43)与神经发育和再生[J].神经解剖学杂志,1993,9(2):155-162.

    [3]许建中,李起鸿,吴宗耀.周围神经适应缓慢牵伸机理的电生理观察[J].中华物理医学杂志,1998,20(4):195-198.

    [4]蔡文琴,王伯沄.实用免疫细胞化学及核酸分子杂交技术[M].成都:四川科学技术出版社,1994.406-414.

    [5]Chong M S, Woolf C J,Rews P,et al. The down-regulation of GAP-43 is not responsible for the failure of regeneration in freeze-killed nerves grafts in the rat[J].Experimental Neurology,1994, 129(2):311-320.
, http://www.100md.com
    [6]Van der Zee C E, Nielander H B, Vos J P, et al. Expression of growth associated protein B50 (GAP-43) in dorsal root ganglia and sciatic nerve during regenerative sprouting[J]. J Neurosci,1989, 9(10):3 505-3 512.

    [7]Hoffman P N. Expression of GAP-43: A rapid transported growth associated protein and class II beta tublin, a slowly transported cytosketetal protein, are coordinated in regenerating neurons[J]. J Neurosci,1989,9(3):893-897.

    [8]Fitzgerald M. Reynolds M L,Benowitz L Z. GAP-43 expression in the developing rat lumbar spinal cord[J]. Neuroscience,1991, 41(1):187-199.

    收稿日期:1999-07-12;修回日期:1999-12-27, http://www.100md.com