于 麗,童旭輝,樊宗兵,陳銀玲,李 言,董淑英
(蚌埠醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系藥理學(xué)教研室,安徽蚌埠 233030)
抑制NADPH氧化酶對(duì)腦缺血/再灌注損傷的保護(hù)作用
于 麗,童旭輝,樊宗兵,陳銀玲,李 言,董淑英
(蚌埠醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系藥理學(xué)教研室,安徽蚌埠 233030)
中國(guó)圖書分類號(hào):R-332;R329.24;R743.310.22;R977.3
摘要:目的 研究抑制NADPH氧化酶對(duì)大鼠局灶性腦缺血/再灌注損傷的保護(hù)作用及可能機(jī)制。方法 利用線栓法制備大鼠大腦中動(dòng)脈栓塞(middle cerebral artery occlusion,MCAO)模型,于缺血前15 min尾靜脈注射apocynin 2.5 mg ·kg-1,腦缺血2 h恢復(fù)血液再灌注24 h后,對(duì)大鼠進(jìn)行神經(jīng)行為學(xué)評(píng)分、腦梗死體積、腦組織病理形態(tài)學(xué)以及Cx36、PKC、Bax、Bcl-2蛋白表達(dá)變化的檢測(cè)。結(jié)果 使用NADPH氧化酶抑制劑apocynin,能明顯降低局灶性腦缺血/再灌注損傷大鼠神經(jīng)行為學(xué)評(píng)分和腦梗死體積百分率,減輕腦組織病理形態(tài)學(xué)損傷,增加大鼠Cx36、PKC蛋白的表達(dá),降低Bax 與Bcl-2的比值。在使用apocynin的基礎(chǔ)上加用PKC激酶抑制劑,與單用apocynin組相比,其上述保護(hù)作用則減弱。結(jié)論 抑制NADPH氧化酶能夠減輕腦缺血/再灌注損傷,并且能增高Cx36、PKC的蛋白表達(dá),降低Bax與Bcl-2的比值。
關(guān)鍵詞:腦缺血/再灌注損傷;NADPH氧化酶;apocynin;Cx36;PKC;凋亡
網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間:2015-7-22 10:42 網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20150727.0901.023.html
缺血性腦中風(fēng)是一種發(fā)病率和死亡率都較高的腦血管病,闡明其發(fā)病機(jī)制、探索有效的防治措施一直是研究的熱點(diǎn)。由活性氧(reactive oxygen spe-cies,ROS)引起的氧化應(yīng)激是腦缺血/再灌注(ische-mia reperfusion,I/R)損傷發(fā)生的重要機(jī)制之一。以往多數(shù)研究采用自由基清除劑或者天然抗氧化劑來減輕氧化損傷,但并不能產(chǎn)生理想的效果,近來越來越多的研究者關(guān)注ROS的來源。有報(bào)道表明,在腦缺血時(shí)ROS主要由黃嘌呤氧化酶產(chǎn)生,恢復(fù)血流再灌注時(shí)ROS則主要是由還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phos- phate,NADPH)氧化酶產(chǎn)生[1]。因此,NADPH氧化酶成為研究如何減輕腦I/R損傷的熱點(diǎn)。有報(bào)道表明,抑制NADPH氧化酶能夠減輕腦I/R損傷,但具體的作用機(jī)制尚不明確[2]。
神經(jīng)元是腦I/R損傷過程中最為敏感的細(xì)胞,它對(duì)I/R耐受性低。研究發(fā)現(xiàn),腦I/R過程中往往伴隨著神經(jīng)元縫隙連接蛋白Cx36的蛋白表達(dá)異常[3]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)可以磷酸化Cx36蛋白的特殊位點(diǎn),從而改變縫隙連接通道的耦合[4]。有報(bào)道表明,改變Cx36的蛋白表達(dá)以及神經(jīng)元縫隙連接通道的耦合能夠明顯減輕腦I/R損傷[3]。但是尚未有報(bào)道表明,抑制NADPH氧化酶對(duì)腦I/R損傷的保護(hù)作用是否與PKC激酶和Cx36蛋白表達(dá)有關(guān)。研究表明腦I/R過程中往往伴隨著ROS生成增加,ROS的過度釋放能夠調(diào)控Bcl-2家族參與細(xì)胞凋亡[5-6]。抑制NADPH氧化酶能夠減少ROS的生成,那么,抑制NADPH氧化酶對(duì)腦I/R損傷的保護(hù)作用是否與調(diào)控Bcl-2家族參與凋亡有關(guān)?本文探討抑制NAD-PH氧化酶保護(hù)腦I/R損傷的可能機(jī)制。
1.1材料
1.1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 SPF級(jí)♂SD大鼠52只,體質(zhì)量(300±20)g,安徽醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供[動(dòng)物許可證號(hào):SCXK(皖)2011-002]。
1.1.2主要試劑 Apocynin和Cx36單克隆抗體購于Sigma公司;PKC單克隆抗體購于Abcam公司;Bax、Bcl-2單克隆抗體購自BOSTER公司;TTC(2,3,5,-氯三苯基四氮唑)、β-actin單克隆抗體、山羊抗小鼠IgG二抗、山羊抗兔IgG二抗均購于Sigma公司;其他試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純級(jí)。
1.2實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1實(shí)驗(yàn)分組 將52只大鼠隨機(jī)分為4組:假手術(shù)組(sham組)、I/R組、I/R+apocynin組(I/R+Apo組)、I/R+apocynin+PKC抑制劑GF109203X組(I/R+Apo+GF組),每組13只。
1.2.2模型制作 大鼠稱重,腹腔注射水合氯醛3 mL·kg-1麻醉,頸部正中切口,分離并結(jié)扎右側(cè)頸總動(dòng)脈、頸外動(dòng)脈,在頸內(nèi)動(dòng)脈和頸外動(dòng)脈分叉約1 mm處做一小切口,將直徑0.32 mm的尼龍線插入頸總動(dòng)脈,再經(jīng)頸內(nèi)動(dòng)脈至大腦中動(dòng)脈,進(jìn)線約18 ~22 mm,栓塞大鼠大腦中動(dòng)脈,造成局灶性腦缺血。Sham組進(jìn)行上述操作,但不插入線栓阻斷大腦中動(dòng)脈血流。I/R組缺血2 h后,恢復(fù)腦血流再灌注24 h;I/R+Apo組于缺血前15 min尾靜脈注射apocynin 2.5 mg·kg-1,其余操作同I/R組。I/R+Apo+GF組于缺血前15 min尾靜脈注射apocynin 2.5 mg·kg-1,并于缺血15 min后尾靜脈注射PKC抑制劑(GF109203X)80 μg·kg-1,其余操作同I/R組。
1.2.3神經(jīng)行為學(xué)評(píng)估 根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道的神經(jīng)行為功能損傷的評(píng)分方法[7],對(duì)缺血2 h再灌注24 h后的大鼠進(jìn)行神經(jīng)功能評(píng)分(每組13只)。0分:無神經(jīng)功能缺失癥狀,活動(dòng)正常;1分:提尾時(shí)手術(shù)對(duì)側(cè)的前肢內(nèi)收,不能完全伸直;2分:行走時(shí)向手術(shù)對(duì)側(cè)旋轉(zhuǎn);3分:行走時(shí)向手術(shù)對(duì)側(cè)傾倒,行動(dòng)不便;4分:不能自己行走或處于昏迷狀態(tài)。神經(jīng)行為評(píng)分≥1分為成功模型,評(píng)分采用雙盲法,由未參與實(shí)驗(yàn)分組的成員完成。
1.2.4腦梗死體積測(cè)定 大鼠缺血2 h,再灌注24 h后快速斷頭取腦(每組6只),將大腦置于-20℃冰箱10 min。自額極2 mm向后連續(xù)等距切取6張冠狀腦片,間距為2 mm。2%TTC避光染色30 min (37℃),正常腦組織染為紅色,腦梗死組織染為白色。將染色好的腦片放置于4%多聚甲醛溶液中固定保存24 h,逐層拍照。拍照后用Image J軟件測(cè)量腦片相應(yīng)部位面積,計(jì)算腦梗死體積百分率。計(jì)算公式:腦梗死體積百分率/%=[對(duì)側(cè)大腦皮質(zhì)的面積-(同側(cè)大腦皮質(zhì)的面積-腦梗死的面積)]/對(duì)側(cè)大腦皮質(zhì)的面積×100%[8]。
1.2.5HE染色法觀察腦組織病理形態(tài)學(xué)變化將腦缺血2 h,再灌注24 h后的大鼠斷頭取腦(每組3只),將腦組織進(jìn)行甲醛固定、石蠟包埋,冠狀位切片,片厚5 μm,HE染色,封片,光學(xué)顯微鏡下觀察腦組織形態(tài)學(xué)變化,采集圖像。
1.2.6Western blot檢測(cè)蛋白表達(dá)變化 將腦缺血2 h,再灌注24 h后的大鼠斷頭取腦(每組4只),夾取右側(cè)大腦腦組織,提取蛋白,進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)蛋白定量。于100℃加熱5 min,每孔取20 μg蛋白樣品經(jīng)15% SDS-PAGE凝膠電泳分離后,以濕轉(zhuǎn)法電轉(zhuǎn)移至聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)膜上,用新鮮配制的含5%脫脂奶粉的磷酸鹽緩沖液封閉2 h,洗膜,與Cx36(1.25 mg·L-1)、PKC(1∶1 000)、Bax(1∶2 000)、Bcl-2(1∶2 000)單克隆抗體共同孵育,4℃過夜,洗滌后山羊抗兔抗體(1∶5 000)搖床上室溫孵育2 h,β-actin(1∶4 000)單克隆抗體室溫孵育2 h即可,其二抗為山羊抗鼠抗體(1∶1 000)。二抗孵育完畢后,洗膜,將膜與曝光液充分接觸。1 min后將膜放入凝膠圖像分析系統(tǒng)進(jìn)行拍照。曝光時(shí)間調(diào)整在5~10 min之間。采用Bio Imaging sys-tem(Gene Genius)對(duì)圖像進(jìn)行灰度掃描分析。
1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 13.0軟件分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,數(shù)據(jù)資料以±s表示,計(jì)量資料比較進(jìn)行單因素ANOVA分析,統(tǒng)計(jì)圖采用Sigma Plot 10.0繪制。
2.1抑制NADPH氧化酶對(duì)腦I/R損傷大鼠的神經(jīng)行為學(xué)評(píng)分的影響 腦I/R后,除sham組大鼠無神經(jīng)功能缺失癥狀,其他各組大鼠都有不同程度的神經(jīng)功能障礙。與sham組相比,I/R組大鼠神經(jīng)行為學(xué)評(píng)分明顯增高(P<0.05)。與I/R組相比,I/R +Apo組大鼠的神經(jīng)行為學(xué)評(píng)分明顯降低(P<0.01)。與I/R+Apo組相比,I/R+Apo+GF組大鼠的神經(jīng)行為學(xué)評(píng)分則明顯增高(P<0.01)(Tab 1)。
Tab 1 Effect of inhibition of NADPH oxidase on neurobehavioral scores of rats with focal cerebral I/R injury(±s,n=13)
Tab 1 Effect of inhibition of NADPH oxidase on neurobehavioral scores of rats with focal cerebral I/R injury(±s,n=13)
**P<0.01 vs I/R group;##P<0.01 vs I/R+Apo group
Score Group 0 1 2 3 4 ±s Sham 13 0 0 0 0 0 I/R 0 0 3 9 1 2.84±0.55 I/R+Apo 0 8 4 1 0 1.46±0.66**I/R+Apo+GF 0 3 6 4 0 2.08±0.75##
2.2抑制NADPH氧化酶對(duì)腦I/R損傷大鼠的腦梗死體積的影響 如Fig 1A結(jié)果顯示,TTC染色后,大鼠大腦腦梗死區(qū)域呈白色,非梗死區(qū)域呈紅色。梗死灶主要位于缺血側(cè)大腦皮質(zhì)、基底節(jié)和海馬區(qū)域。用Image J軟件測(cè)量腦片相應(yīng)部位面積,計(jì)算腦梗死體積百分率。Sham組大鼠大腦無明顯梗死,I/R組大鼠腦梗死明顯,腦梗死體積百分率最高。與I/R組相比,I/R+Apo組大鼠大腦梗死體積明顯減少,腦梗死體積百分率明顯降低(P<0.05)。與I/R+Apo組相比,I/R+Apo+GF組大鼠腦梗死體積百分率明顯增加(P<0.05)(Fig 1B)。
2.3抑制NADPH氧化酶對(duì)腦I/R損傷大鼠腦組織病理形態(tài)學(xué)變化的影響 采用HE染色法觀察大鼠腦組織病理形態(tài)學(xué)的變化。如Fig 2所示,sham組大鼠腦組織中細(xì)胞排列整齊、均勻,細(xì)胞核圓形,細(xì)胞層次清晰;與sham組相比,I/R組大鼠腦組織中細(xì)胞的細(xì)胞核明顯固縮,細(xì)胞層次混亂;與I/R組相比,I/R+Apo組大鼠腦組織中細(xì)胞的細(xì)胞核固縮有所減輕,細(xì)胞層次清晰;與I/R+Apo組相比,I/R+Apo+GF組大鼠腦組織病理形態(tài)學(xué)損傷明顯增強(qiáng)。
Fig 1 Effect of inhibition of NADPH oxidase on the brain infarct volume of rats with cerebral I/R injury detected by TTC staining(±s,n=6)
Fig 2 Effect of inhibition of NADPH oxidase on the pathological morphological changes of rats with cerebral I/R injury observed by HE staining
2.4抑制NADPH氧化酶對(duì)腦I/R損傷大鼠腦組織中Cx36、PKC、Bax、Bcl-2蛋白表達(dá)的影響 采用Western blot檢測(cè)Cx36、PKC以及凋亡相關(guān)蛋白Bax、Bcl-2的蛋白表達(dá)變化。與sham組相比,I/R組大鼠的Cx36、PKC蛋白表達(dá)明顯降低(P<0.05),但是Bax/Bcl-2的比值明顯增高(P<0.05)。與I/R組相比,I/R+Apo組大鼠的Cx36、PKC蛋白表達(dá)明顯增高(P<0.05),Bax/Bcl-2的比值則明顯降低(P<0.05)。與I/R+Apo組相比,I/R+Apo+GF組大鼠的Cx36、PKC蛋白表達(dá)明顯降低(P<0.05),但是Bax/Bcl-2的比值明顯增高(P<0.05)(Fig 3、4)。
Fig 3 Effect of inhibition of NADPH oxidase on the expression of Cx36 and PKC of rats with cerebral I/R injury detected by Western blot(±s,n=4)
Fig 4 Effect of inhibition of NADPH oxidase on the expression of Bax and Bcl-2 protein of rats with cerebral I/R injury detected by Western blot(±s,n=4)
NADPH氧化酶廣泛分布于大腦神經(jīng)元細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞以及小膠質(zhì)細(xì)胞,是腦缺血后,恢復(fù)血液再灌注時(shí)ROS最重要的來源。研究發(fā)現(xiàn),使用NADPH氧化酶抑制劑或敲除NADPH氧化酶的基因可以明顯減輕氧化損傷[9-10],表明NADPH氧化酶在保護(hù)腦I/R損傷方面具有重要意義。Apocynin又叫夾竹桃麻素、羅布麻寧、香莢蘭乙酮,是傳統(tǒng)中醫(yī)中的一種天然化合物。研究發(fā)現(xiàn)apocynin可以通過阻止p47 phox與NOX 2的組裝從而抑制NADPH氧化酶的活化[11]。已有報(bào)道表明,apocynin能夠減少大鼠腦梗死體積、神經(jīng)功能缺陷以及細(xì)胞凋亡率,從而減輕腦I/R損傷,但具體的作用機(jī)制尚不明確[12]。
Cx36是縫隙連接蛋白家族的新成員,主要分布在腦組織以及視網(wǎng)膜。由Cx36組成的縫隙連接是最為常見的神經(jīng)元細(xì)胞間偶聯(lián)形式,是神經(jīng)元電信號(hào)傳導(dǎo)所必需的,而Cx36是唯一一個(gè)在神經(jīng)系統(tǒng)中優(yōu)先表達(dá)的縫隙連接蛋白,因此成為研究神經(jīng)元縫隙連接功能改變的熱點(diǎn)[13]。PKC激酶屬于多功能絲氨酸/蘇氨酸激酶,廣泛調(diào)節(jié)各細(xì)胞的生理功能。有報(bào)道發(fā)現(xiàn),PKC可以磷酸化Cx36蛋白的特殊位點(diǎn),從而改變縫隙連接通道的耦合[4]。研究表明神經(jīng)元之間的電耦合很少是靜態(tài)的,動(dòng)態(tài)變化的程度往往反映在蛋白表達(dá)水平的變化上[14]。有報(bào)道表明,在腦I/R過程中往往伴隨著Cx36蛋白表達(dá)以及神經(jīng)元縫隙連接功能異常,而改變Cx36蛋白表達(dá)以及神經(jīng)元縫隙連接通道的耦合能夠明顯減輕腦I/R損傷[3]。在心臟以及腎臟組織中主要表達(dá)Cx43蛋白,而Src激酶可以使Cx43蛋白磷酸化或直接與Cx43蛋白相結(jié)合[15-16]。有報(bào)道表明,NADPH氧化酶的活化可以通過Src激酶下調(diào)Cx43蛋白表達(dá)造成心肌損傷[15]。在腎病的動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)NADPH氧化酶的活化可以通過Src激酶上調(diào)Cx43蛋白表達(dá),造成足細(xì)胞損傷[16]。但是尚未見報(bào)道表明在腦I/R過程中,NADPH氧化酶與PKC激酶和神經(jīng)元縫隙連接蛋白Cx36之間的關(guān)系。
本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,抑制NADPH氧化酶能夠減少大鼠神經(jīng)行為學(xué)評(píng)分,降低腦梗死百分率以及減輕腦組織病理形態(tài)損傷,從而減輕腦I/R損傷。為了探討其可能的作用機(jī)制,我們采用Western blot檢測(cè)Cx36、PKC蛋白表達(dá)變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,與I/R組相比,使用NADPH氧化酶抑制劑apocynin后,明顯增加大鼠Cx36、PKC的蛋白表達(dá)。在使用apo-cynin的基礎(chǔ)上加用PKC抑制劑GF109203X,與單用apocynin相比,Cx36、PKC的蛋白表達(dá)明顯降低。結(jié)果表明,抑制NADPH氧化酶減輕腦I/R損傷可能與增高Cx36、PKC的蛋白表達(dá)有關(guān)。
腦I/R過程中,ROS生成明顯增加,ROS的過度釋放可以調(diào)控Bcl-2家族參與細(xì)胞凋亡[5-6]。Bcl-2家族能夠調(diào)控線粒體膜通透性,在細(xì)胞的固有凋亡通路中有重要作用,被稱為線粒體途徑。腦缺血或缺氧后,線粒體膜蛋白的表達(dá)增加,促凋亡蛋白Bax從細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)入線粒體,促進(jìn)細(xì)胞色素C的釋放。細(xì)胞色素C可以和caspase-9前體的功能前區(qū)相互作用,導(dǎo)致caspase-3激活,并進(jìn)一步激活下游的caspases[17](包括caspases-2、6、8、10),誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。抑凋亡蛋白Bcl-2位于線粒體壁,能夠抑制細(xì)胞色素C的釋放[17]。目前,許多學(xué)者用Bax/Bcl-2的比值作為判定細(xì)胞凋亡是否被抑制或促進(jìn)的重要標(biāo)志[18]。Western blot結(jié)果顯示,使用NADPH氧化酶抑制劑apocynin后,與I/R組相比,能夠降低Bax/Bcl-2的比值。在使用apocynin的基礎(chǔ)上使用PKC抑制劑,與I/R+Apo相比,Bax/Bcl-2的比值則明顯增高。
綜上所述,抑制NADPH氧化酶能夠減輕腦I/R損傷,并且能增高Cx36、PKC的蛋白表達(dá),降低Bax與Bcl-2的比值。
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Protective effect of NADPH oxidase against cerebral ischemia/reperfusion injury
YU Li,TONG Xu-hui,F(xiàn)AN Zong-bing,CHEN Yin-ling,LI Yan,DONG Shu-ying
(Dept of Pharmacology,Bengbu Medical College,Bengbu Anhui 233030,China)
Abstract:Aim To determine the protective effect of NADPH oxidase against focal cerebral ischemia/reper-fusion(I/R)injury in rats.Method A thread occlu-sion method was used to make a middle cerebral artery occlusion(MCAO)model.Apocynin(2.5 mg· kg-1)was injected by tail vein 15 min before ischemi-a.Then,the neurological behavior,cerebral infarction volume,pathological morphological changes and the expression of Cx36,PKC,Bax,Bcl-2 of rats were de- tected after ischemia for 2 h,followed by reperfusion for 24 h.Results Compared with cerebral I/R group,administration of apocynin significantly reduced the neurological behavior scores and the cerebral in-farction volume percentage,alleviated the pathological morphological damage,increased the protein expres-sion of Cx36 and PKC,and reduced the Bax/Bcl-2 ra-tio of rats with focal cerebral I/R injury.Compared with apocynin group,apocynin combined with PKCbook=1131,ebook=100inhibitor significantly reduced above protective effects.Conclusion Inhibition of NADPH oxidase could alle-viate cerebral I/R injury,increase the levels of Cx36,PKC proteins and reduce the Bax/Bcl-2 ratio.
Key words:cerebral ischemia/reperfusion injury;NADPH oxidase;apocynin;Cx36;PKC;apoptosis
作者簡(jiǎn)介:于 麗(1990-),女,碩士生,研究方向:心腦血管藥理學(xué),E-mail:strongpao@163.com;董淑英(1974-),女,博士,教授,研究方向:心腦血管藥理學(xué),通訊作者,E-mail:bbmcdsy@126.com
基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No 81402930);安徽省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No 1408085MH176)
收稿日期:2015-05-22,修回日期:2015-06-24
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號(hào):1001-1978(2015)08-1126-06
doi:10.3969/j.issn.1001-1978.2015.08.020