大鼠坐骨神經(jīng)切斷后相應(yīng)脊髓節(jié)段Bcl-2、Bax蛋白表達及神經(jīng)細胞凋亡

趙東波,孫鴻斌,李春雨,崔樹森

(吉林大學中日聯(lián)誼醫(yī)院手外科,吉林長春130033)

周圍神經(jīng)損傷實質(zhì)上是神經(jīng)細胞軸突的損傷,必然影響相應(yīng)神經(jīng)細胞的存活和功能狀況,從而影響神經(jīng)軸突的再生和功能恢復(fù)。因此,研究周圍神經(jīng)再生和功能恢復(fù)的重點,應(yīng)從神經(jīng)胞體的功能狀況、軸突再生的影響因素和效應(yīng)器的恢復(fù)潛能等方面綜合研究[1]。關(guān)于周圍神經(jīng)損傷后,相應(yīng)脊髓節(jié)段運動神經(jīng)元胞體內(nèi)Bcl-2、Bax蛋白的表達是否明顯活化以發(fā)揮其調(diào)節(jié)作用,以及損傷后不同時相表達水平的變化報道較少。本研究采用大鼠坐骨神經(jīng)切斷的動物模型,通過TUNEL法和免疫組化染色法檢測相應(yīng)節(jié)段神經(jīng)細胞的凋亡及Bcl-2、Bax蛋白的表達。

1 材料和方法

1.1 動物與試劑

健康雄性Wistar大鼠35只,體重250-300 g(吉林大學動物實驗室),隨機分為假手術(shù)組(5只)和損傷組(30只)。實驗組再分為六個小組,每組5只。實驗組于傷后3天,1周,2周,4周,6周和8周6個時間點取材。主要試劑:鼠抗鼠Bcl-2抗體、鼠抗鼠Bax抗體(中山生物技術(shù)有限公司),TUNEL試劑盒,SP免疫組化試劑盒及DAB顯色試劑盒(Santa Cruz公司)。

1.2 模型制備、取材與固定

10%的水合氯醛3ml/kg對大鼠腹腔麻醉,術(shù)區(qū)常規(guī)消毒,做右側(cè)臀部斜行切口,切開皮膚,鈍性分離肌肉,顯露坐骨神經(jīng)。假手術(shù)組暴露坐骨神經(jīng)后逐層縫合皮膚。實驗組在梨狀肌下緣處將坐骨神經(jīng)完全切斷,在12倍手術(shù)顯微鏡下,將其兩端正確對位后,9-0無損傷線吻合斷端4針,閉合創(chuàng)口,制成坐骨神經(jīng)切斷模型。取材:將各時間點5只大鼠腹腔麻醉后,4%多聚甲醛緩沖液心臟灌注固定,切取L4-L6段脊髓,置于5ml 4%多聚甲醛緩沖液中固定,脫水后石蠟包埋,制成厚度為3 μ m的連續(xù)橫斷切片備用。免疫組織化學法(SP法)檢測Bcl-2、Bax蛋白的表達,TUNEL法檢測運動神經(jīng)元的凋亡,使用濃度及方法嚴格按照說明書配置。

1.3 陽性結(jié)果判定及統(tǒng)計學分析

從假手術(shù)組及損傷后各時間點組隨機選取5張切片,在顯微鏡下觀察Bcl-2、Bax免疫陽性反應(yīng)細胞在各組大鼠脊髓的分布,通過圖像分析系統(tǒng)進行半定量分析,以平均光度作為Bcl-2、Bax表達的定量指標,以數(shù)密度作為TUNEL法檢測的定量指標。采用SPSS17.0軟件進行統(tǒng)計學分析,運用單因素方差分析檢驗Bcl-2及Bax表達量在各時間點數(shù)值的不同是否有統(tǒng)計學意義,P＜0.05認為差異有統(tǒng)計學意義,并對Bcl-2/Bax值與細胞凋亡數(shù)之間進行相關(guān)分析。

2 結(jié)果

2.1 TUNEL染色結(jié)果

陽性細胞的胞核呈暗褐色。傷后3天時陽性細胞數(shù)較為稀疏,2周時陽性細胞最為稠密,圖像分析系統(tǒng)分析結(jié)果顯示,凋亡細胞的數(shù)密度在3天開始上升,2周時達高峰,以后有所下降,8周時仍有少量凋亡細胞。(見表1和圖3-4)

2.2 Bcl-2、Bax 表達結(jié)果

Bcl-2和Bax陽性定位于胞漿,呈棕黃色,核不著色。假手術(shù)組均未見明顯表達的陽性細胞。實驗組均于損傷后3天見陽性細胞,神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞均有表達。圖像分析結(jié)果顯示,實驗組于3天開始表達量逐漸增高,2周時達高峰,此后逐漸下降,8周時仍有表達。(見表1和圖1-2)

2.3 Bcl-2與Bax比值

Bcl-2與Bax比值均先下降,2周時達到最低值,然后逐漸增高。各時間點Bcl-2與Bax比值進行方差分析,結(jié)果顯示,2周時Bcl-2與Bax比值的降低與其它組相比有統(tǒng)計學意義。(見表1和圖5)

表1 大鼠坐骨神經(jīng)切斷傷后不同時間點Bcl-2/Bax與凋亡細胞數(shù)密度值(n=5,±s)

表1 大鼠坐骨神經(jīng)切斷傷后不同時間點Bcl-2/Bax與凋亡細胞數(shù)密度值(n=5,±s)

Bcl-2/Bax比值與其它時間點比較,*P＜0.05

Bcl-2 Bax Bcl-2/Bax TUNEL 3 d0.213±0.0130.175±0.0191.217±0.017 0.92±0.22 1 w 0.217±0.0210.181±0.0161.199±0.005 4.69±0.24 2 w 0.227±0.0120.199±0.0211.141±0.019*10.49±0.24 4 w 0.203±0.0090.169±0.0081.201±0.010 6.38±0.17 6 w 0.201±0.0110.165±0.0181.218±0.027 5.29±0.09 8 w 0.199±0.0120.163±0.0191.221±0.021 4.36±0.16

圖1 大鼠坐骨神經(jīng)切斷后兩周Bcl-2的免疫組化染色(×200)

圖2 大鼠坐骨神經(jīng)切斷后兩周 Bax的免疫組化染色(×200)

圖3 大鼠坐骨神經(jīng)切斷后兩周脊髓神經(jīng)元凋亡的免疫組化染色(×200)

圖4 大鼠坐骨神經(jīng)切斷后不同時間點脊髓運動神經(jīng)元凋亡計數(shù)

圖5 大鼠坐骨神經(jīng)切斷后不同時間點Bcl-2/Bax平均光度比值

3 討論

周圍神經(jīng)損傷后脊髓及背根神經(jīng)節(jié)內(nèi)神經(jīng)元的存活與功能狀態(tài)是目前研究的熱點問題之一。凋亡是神經(jīng)元死亡的重要形式。Atlasi等[2]將Wistar大鼠坐骨神經(jīng)切斷后,用外膜縫合法縫合,術(shù)后1周和12周通過免疫熒光和電鏡觀察,發(fā)現(xiàn)腰5背根神經(jīng)節(jié)中的感覺神經(jīng)元有數(shù)量的減少和凋亡形態(tài)的改變。各種不同原因?qū)е碌闹車窠?jīng)損傷,脊髓前角運動神經(jīng)元均存在不同程度的凋亡[3]。Bcl-2和Bax是互相拮抗的兩個基因,在細胞凋亡的調(diào)控中發(fā)揮著重要作用。Bcl-2(B-cell lymphoma/leukemia-2)是主要的抗凋亡基因,可以抑制多種途徑的凋亡。Bax(bcl-2 associated X protein)屬于Bcl-2基因家族的成員,是Bcl-2的拮抗基因,通過編碼相應(yīng)功能蛋白而起作用[4]。Bax存在于胞漿中,接受凋亡信息后能夠被激活,激活后通過末端疏水結(jié)構(gòu)域錨定在線粒體膜上,使線粒體通透性發(fā)生改變致使細胞色素C、凋亡誘導(dǎo)因子(apoptosis-inducing factor,AIF)和凋亡蛋白酶激活因子-1(apoptic protease activating factor-1,Apaf-1)釋放,進而激活caspase系統(tǒng),促使細胞發(fā)生凋亡。當Bax通過BH3結(jié)構(gòu)與Bcl-2形成復(fù)合體后則失去了改變線粒體膜通透性的作用而不能誘發(fā)細胞凋亡[5][6]。細胞是否凋亡還與Bcl-2和Bax比值相關(guān)。當Bcl-2、Bax基因啟動后,表現(xiàn)哪一方面的作用,主要依靠Bcl-2、Bax相對表達量的多少[7]。

本實驗結(jié)果顯示:假手術(shù)組Bcl-2、Bax均未見明顯著色,說明Bcl-2、Bax的表達與大鼠坐骨神經(jīng)損傷密切相關(guān)。實驗組Bcl-2、Bax蛋白的表達均經(jīng)歷一個先增高后下降的過程。傷后3天時即有Bcl-2、Bax表達并開始增高,于2周時達高峰,以后逐漸下降。我們看到隨著坐骨神經(jīng)切斷損傷時間的延長,神經(jīng)元細胞受損加重,凋亡級聯(lián)反應(yīng)啟動,Bcl-2、Bax表達上升并于同一時間達到峰值。Bcl-2與Bax表達量的平衡變化與細胞凋亡的發(fā)生與否直接相關(guān)。Bcl-2與Bax比值結(jié)果顯示:各時間點中,3天時比值開始逐漸減小,2周時Bcl-2與Bax比值最小,以后比值逐漸增大。TUNEL染色結(jié)果發(fā)現(xiàn):傷后3天即可見凋亡的神經(jīng)細胞,2周時最多,以后逐漸下降,8周時偶可見TUNEL陽性細胞。Bcl-2和Bax比值與細胞凋亡檢測結(jié)果相比較,顯示出該比值與神經(jīng)凋亡呈現(xiàn)出規(guī)律性的同步變化。本研究提示:大鼠坐骨神經(jīng)切斷后相應(yīng)脊髓節(jié)段內(nèi)存在神經(jīng)細胞的凋亡,Bcl-2和Bax比值的變化是神經(jīng)凋亡的重要指標。

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