從ICAM-1介導的炎癥反應探討下肢缺血再灌注對糖尿病大鼠坐骨神經(jīng)的損傷機制

黃 達 李鳴鏑 林 蘭 鄭亞琳 王秋虹

缺血可以引起糖尿病大鼠嚴重的周圍神經(jīng)病變，缺血再灌注能夠進一步加重神經(jīng)細胞軸索變性并導致施萬細胞凋亡［1］。有研究表明，糖尿病周圍神經(jīng)組織在缺血再灌注中受損與氧化應激和炎癥反應密切相關，其中炎性介質表達水平增高和炎性細胞黏附浸潤是重要因素，但其損傷機制尚不完全清楚［1～3］。本實驗通過檢測糖尿病大鼠下肢缺血再灌注后血清、坐骨神經(jīng)組織中細胞間黏附分子-1(ICAM-1)和髓過氧化物酶(MPO)的表達情況以探討周圍神經(jīng)缺血再灌注的損傷機制。

材料與方法

1．實驗材料:清潔級SD雄性大鼠24只，體重290～310g(北京華阜康生物科技股份有限公司提供)，鏈脲佐菌素(Sigma公司)，Rat sICAM-1/CD54 ELISA試劑盒(R＆D Systems公司)，MPO試劑盒(南京建成生物工程研究所)，ICAM-1(G-5)(Santa公司)，7160全自動生化儀(日本日立公司)，STAT FAX 2100全自動酶標儀(Awareness Technology公司)。

2．模型制備:(1)糖尿病大鼠模型制備:大鼠適應性飼養(yǎng)1周后，從24只SD大鼠中隨機選擇6只大鼠作為正常對照組，剩余18只大鼠禁食不禁水12h，次日使用pH 4．2的檸檬酸鹽緩沖液配制濃度為2%的鏈脲菌素(STZ)溶液，按60mg/kg的劑量腹腔注射，72h后使用羅氏血糖儀測定大鼠尾尖血糖，以隨機血糖持續(xù)＞16．7mmol/L作為糖尿病大鼠成模標準，3只大鼠血糖值未達標，予以剔除，成功造模15只。(2)下肢缺血再灌注模型制備［3～5］:糖尿病大鼠飼養(yǎng)1個月后，從中隨機選擇6只大鼠作為糖尿病對照組，剩余9只糖尿病大鼠作為糖尿病缺血再灌注組，使用3%戊巴比妥鈉麻醉，沿腹壁正中線切開長約3cm切口，鈍性剝離腹主動脈和右側髂總動脈，使用動脈夾夾閉腹主動脈和右側髂總動脈;另沿右側腹股溝韌帶剪開長約2cm切口，鈍性剝離股動脈，使用動脈夾夾閉股動脈，造成大鼠右下肢中-重度缺血，計時3h后打開動脈夾恢復下肢血供，逐層縫合肌肉，皮膚。手術過程死亡2只大鼠，7只造模成功。

3．指標檢測:手術7天后，3組大鼠使用3%戊巴比妥鈉麻醉，腹主動脈取血，3000r/min離心15min分離血清，采用Elisa法檢測血清sICAM-1水平，比色法檢測血清MPO水平。截取右側坐骨神經(jīng)，一部分稱重后勻漿，比色法檢測坐骨神經(jīng)MPO水平，一部分放入10%甲醛溶液中固定，制作石蠟切片后免疫組化染色，200倍顯微鏡下拍照，每個坐骨神經(jīng)標本橫切面和縱切面各隨機選取3個視野，橫切面計數(shù)ICAM-1陽性微血管數(shù)，縱切面采用Image-Pro Plus 6．0軟件測量積分光密度(IOD)。

4．統(tǒng)計學方法:采用SPSS 16．0統(tǒng)計軟件，實驗數(shù)據(jù)以均數(shù)±標準差(±s)表示，對于符合正態(tài)性和方差齊性的數(shù)據(jù)采用單因素方差分析(one-way ANOVA)，兩兩比較選擇LSD檢驗;對于不滿足正態(tài)性和方差齊性的數(shù)據(jù)，采用非參數(shù)檢驗Kruskal-Wallis H檢驗，兩兩比較采用Nemenyi檢驗。以P＜0．05為差異有統(tǒng)計學意義。

結 果

1．血清sICAM-1和MPO水平:糖尿病大鼠下肢缺血再灌注后血清sICAM-1和MPO表達水平與正常大鼠和糖尿病大鼠比較均明顯升高(P＜0．01)，糖尿病大鼠血清sICAM-1和MPO表達水平與正常大鼠比較明顯升高(P＜0．01，表1)。

表1 各組大鼠血清sICAM-1和MPO的表達水平(±s)

表1 各組大鼠血清sICAM-1和MPO的表達水平(±s)

與正常組比較，*P ＜0．01;與糖尿病組比較，#P ＜0．01

組別 數(shù)量(只) sICAM-1(pg/ml) MPO(U/L)6 2458．40 ±361．62 21．09 ±3．72糖尿病組 6 6371．17 ±515．06* 42．36 ±4．81*糖尿病缺血再灌注組 7 8658．66 ±651．95*# 63．51 ±5．39*#正常組

2．坐骨神經(jīng)ICAM-1和MPO水平:糖尿病大鼠下肢缺血再灌注后坐骨神經(jīng)ICAM-1和MPO表達水平與正常大鼠和糖尿病大鼠比較均明顯升高(P＜0．01)，糖尿病大鼠坐骨神經(jīng)ICAM-1和MPO表達水平與正常大鼠比較升高(P＜0．05，表2、圖1和圖2)。

表2 各組大鼠坐骨神經(jīng)ICAM-1和MPO表達水平(±s)

表2 各組大鼠坐骨神經(jīng)ICAM-1和MPO表達水平(±s)

與正常組比較，*P ＜0．05，＊＊P ＜0．01;與糖尿病大鼠比較，#P ＜0．01

組別 數(shù)量(只) 坐骨神經(jīng)橫切面ICAM-1計數(shù)(條)坐骨神經(jīng)縱切面ICAM-1 IOD值坐骨神經(jīng)勻漿MPO(U/g)0．67 ±0．59 0．56 ±0．35 1．58 ± 0．21糖尿病組 6 2．61 ±1．04* 5．44 ±0．66* 2．33 ±0．21＊＊糖尿病缺血再灌注組 7 7．14 ±2．03＊＊# 26．44 ±7．45＊＊# 4．23 ± 0．30＊＊#正常組6

圖1 3組大鼠坐骨神經(jīng)橫切面免疫組化ICAM-1表達(×200)

圖2 3組大鼠坐骨神經(jīng)縱切面免疫組化ICAM-1表達(×200)

討 論

糖尿病周圍神經(jīng)病變是糖尿病最常見的慢性并發(fā)癥之一，與糖尿病周圍血管病變密切相關。糖尿病周圍血管病變病理特征為動脈粥樣硬化斑塊、血栓形成，造成動脈管腔狹窄、閉塞，引起周圍神經(jīng)缺血性損傷，在外科手術治療過程中常引起周圍神經(jīng)缺血再灌注損傷，加重糖尿病周圍神經(jīng)病變。在骨外科，肢體骨室筋膜綜合征切開減壓后、肢體主要供血動脈斷裂修補后均可引起周圍神經(jīng)的缺血再灌注損傷［6］。由于糖尿病患者機體內存在明顯的氧化應激和炎癥反應，缺血再灌注對糖尿病患者周圍神經(jīng)組織的損傷更為嚴重，往往引起嚴重的周圍神經(jīng)病變［7，8］。以往研究表明，缺血再灌注引起周圍神經(jīng)損傷與炎性細胞浸潤密切相關［3～5］。但并未揭示炎性細胞的浸潤原理和對周圍神經(jīng)的損傷機制，對臨床的指導意義有限，本實驗選擇檢測ICAM-1和MPO的表達水平旨在揭示上述機制并為臨床治療提供依據(jù)。

ICAM-1是一類大小約為(76～114)kDa的細胞表面單鏈跨膜糖蛋白，屬于免疫球蛋白超家族成員，主要介導細胞之間以及細胞與基膜之間的黏附反應。靜息狀態(tài)下，ICAM-1在血管內皮細胞、白細胞上呈低水平表達。炎癥狀態(tài)下，ICAM-1的表達水平迅速上調［9］。ICAM-1的受體包括淋巴細胞功能相關抗原-1(LFA-1)和單核細胞黏附分子-1(Mac-1)，LFA-1主要介導中性粒細胞與血管內皮細胞之間的黏附，Mac-1主要介導單核細胞與血管內皮細胞之間的黏附，可見血管內皮細胞ICAM-1表達升高會促進炎性細胞的黏附與浸潤［10］。據(jù)此推斷，在缺血再灌注誘發(fā)炎癥反應的狀態(tài)下，可能通過提高血管內皮細胞ICAM-1的表達水平介導炎性細胞的黏附與浸潤。MPO是由中性粒細胞、單核-吞噬細胞分泌的含血紅素輔基的血紅素蛋白酶，屬于血紅素過氧化物酶超家族成員，其表達水平代表中性粒細胞的功能狀態(tài)，是評價中性粒細胞在各種組織中浸潤程度的可靠指標［11］。其主要功能是利用過氧化氫和氯離子產(chǎn)生次氯酸鹽，形成具有氧化能力的自由基，在炎癥狀態(tài)下，MPO催化生成過量的氧化劑，導致氧化應激增強和氧化性組織損傷。據(jù)此推斷，缺血再灌注導致炎性細胞浸潤后，可能通過釋放過量的MPO參與坐骨神經(jīng)損傷。

本實驗結果證實，缺血再灌注后糖尿病大鼠坐骨神經(jīng)ICAM-1和 MPO表達水平顯著升高，其中ICAM-1定位于坐骨神經(jīng)血管內皮細胞，通過增強與中性粒細胞和單核-吞噬細胞的黏附，導致炎性細胞浸潤，炎性細胞釋放過量的MPO，催化生成大量氧自由基，破壞生物膜，引起坐骨神經(jīng)軸索變性和施萬細胞凋亡。此外發(fā)現(xiàn)，與正常大鼠比較，糖尿病大鼠血清sICAM-1和MPO表達水平增高，缺血再灌注能夠進一步提高糖尿病大鼠血清sICAM-1和MPO的表達水平。血清中sICAM-1是由細胞表面的ICAM-1經(jīng)蛋白酶裂解、脫落進入血液而來，MPO是由中性粒細胞、單核-吞噬細胞分泌而來，二者水平可以間接反應全身氧化應激和炎癥反應狀態(tài)。由此表明，糖尿病大鼠機體內存在明顯的氧化應激和炎癥反應狀態(tài)，缺血再灌注通過加重機體的氧化應激和炎癥反應造成組織器官損傷。實驗結果提示臨床上可以通過使用藥物抑制ICAM-1與MPO的表達水平以減少下肢缺血再灌注對坐骨神經(jīng)的損傷，下肢缺血再灌注對坐骨神經(jīng)的其他損傷機制有待于進一步研究。

1 Nukada H，Lynch CD，McMorran PD．Aggravated reperfusion injury in STZ-diabetic nerve［J］．J Peripher Nerv Syst，2002，7(1):37-43

2 Nukada H，McMorran PD，Baba M，et al．Increased susceptibility to ischemia and macrophage activation in STZ-diabetic rat nerve［J］．Brain Res，2011，1373:172-182

3 柯鐵，陳文昌，施作霖，等．炎癥細胞介導坐骨神經(jīng)缺血再灌注損傷的實驗研究［J］．福建醫(yī)藥雜志，2008，30(6):83-84

4 Alipour M，Gholami MR，Jafari AI，et al．Intraperitoneal aminoguanidine improves sciatic nerve ischemia-reperfusion injury in male sprague-dawley rats［J］．Cell Mol Neurobiol，2011，31(5):765-773

5 Wang Y，Schmeichel AM，Iida H，et al．Ischemia-reperfusion injury causes oxidative stress and apoptosis of Schwann cell in acute and chronic experimental diabetic neuropathy［J］．Antioxid Redox Signal，2005，7(11-12):1513-1520

6 柯鐵，陳文昌．MK-801對大鼠坐骨神經(jīng)缺血再灌注損傷保護作用的實驗研究［J］．福建醫(yī)藥雜志，2012，34(1):64-67

7 任春久，張瑤，崔為正，等．氧化應激在2型糖尿病發(fā)病機制中的作用研究進展［J］．生理學報，2013，65(6):664-673

8 蘭麗珍，弓軍勝，譚芳，等．2型糖尿病患者血糖波動對炎癥反應的影響［J］．山西醫(yī)科大學學報，2013，44(6):449-451

9 林慶賓，張俐．CAM-1在脊髓缺血再灌注損傷中的作用進展［J］．中國中醫(yī)骨傷科雜志，2009，17(12):68-70

10 Sarecka-Hujar B，Zak I，Krauze J．Interactions between rs5498 polymorphism in the ICAM1 gene and traditional risk factors influence susceptibility to coronary artery disease［J］．Clin Exp Med，2009，9(2):117-124

11 李成山，劉超，李妍怡．大劑量岷當歸對大鼠腦缺血再灌注損傷MPO 表達的影響［J］．湖南中醫(yī)雜志，2013，29(4):118-119