基于D-Ser/NR1的變化探討電針心包經(jīng)穴促腦缺血模型大鼠神經(jīng)修復(fù)機(jī)制*

周穎，劉蕾，袁柳媚，蔣佳，馬雁鴻，陳成，潘江，石文英，章薇，婁必丹

1.湖南中醫(yī)藥大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410208；2.湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院，湖南 長(zhǎng)沙 410007

隨著全世界人口老齡化程度日益加深，腦中風(fēng)成為我國(guó)乃至世界面臨的重大公共衛(wèi)生問題之一[1-2]。近年來興奮性神經(jīng)毒性作為導(dǎo)致腦缺血后腦細(xì)胞壞死與凋亡的重要始因，已成為重點(diǎn)研究方向之一[3]。有文獻(xiàn)報(bào)道，電針可抑制腦組織缺血區(qū)胞外興奮性氨基酸水平，調(diào)控N-甲基-D-門冬氨酸(N-methyl-D-aspartic Acid，NMDA)受體不同亞基表達(dá)水平，降低細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度，拮抗缺血導(dǎo)致的興奮性神經(jīng)毒性，促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)[4-5]。D-絲氨酸(D-serine，D-Ser)作為NMDA受體重要的協(xié)同激動(dòng)劑，通過與NMDA受體亞單位NR1亞基位點(diǎn)結(jié)合，參與興奮性神經(jīng)毒性[6-7]。研究表明，電針心包經(jīng)穴具有促進(jìn)腦缺血后神經(jīng)修復(fù)的作用[8-9]。本課題組前期表明，電針局灶性腦缺血損傷模型大鼠心包經(jīng)、肺經(jīng)后，大鼠缺血側(cè)腦組織 D-Ser 含量、NR1蛋白表達(dá)下降[10-11]，神經(jīng)功能缺損癥狀明顯改善，提示電針心包經(jīng)穴可能對(duì) D-Ser、NR1表達(dá)具有調(diào)節(jié)作用，而腦缺血后不同時(shí)期的神經(jīng)損傷呈現(xiàn)不同程度的變化。故本研究擬進(jìn)一步探討電針心包經(jīng)穴在局灶性腦缺血后不同時(shí)相點(diǎn)(1 d、3 d、7 d、14 d、21 d)調(diào)控腦缺血損傷模型大鼠缺血側(cè)腦組織D-Ser含量、NR1蛋白表達(dá)的作用。

1 材料

1.1 動(dòng)物SPF級(jí)SD雄性大鼠，體質(zhì)量280～300 g，120只，由湖南斯萊克景達(dá)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司提供，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物許可證號(hào)：SCXK(湘)2016-0002。安靜環(huán)境下飼養(yǎng)，室溫22～26 ℃，相對(duì)濕度50%～70%。

1.2 試劑甲醇(美國(guó)Thermo Fisher公司，貨號(hào)：67-56-1)；乙腈(美國(guó)Thermo Fisher公司，貨號(hào)：75-05-8)；甲酸(美國(guó)Sigma Aldrich公司，貨號(hào)：67-56-1)，乙酸(美國(guó)Sigma Aldrich公司，貨號(hào)：75-05-8)；D-Ser(美國(guó)Sigma Aldrich公司，貨號(hào)：312-84-5)；硼酸緩釋液(美國(guó)Sigma Aldrich公司)；BCA蛋白定量試劑盒(康為世紀(jì)生物有限公司，貨號(hào)：CW0014S)；丙烯酰胺(阿拉丁，貨號(hào)：J173005)；Marker(美國(guó)Thermo Fisher公司，貨號(hào)：#26617)；PVDF膜(美國(guó)Millipore公司，貨號(hào)：IPVH00010)；一抗：Rabbit Anti NR1(江蘇新科生物研究中心有限公司，貨號(hào)：AF6407)；二抗：辣根酶標(biāo)記山羊抗兔IgG(H+L)(北京中杉金橋生物技術(shù)有限公司，貨號(hào)：ZB-2301)；內(nèi)參一抗：MM Anti-Actin(北京中杉金橋生物技術(shù)有限公司，貨號(hào)：TA-09)；內(nèi)參二抗：辣根酶標(biāo)記山羊抗鼠IgG(北京中杉金橋生物技術(shù)有限公司，貨號(hào)：ZB-2305)。

1.3 儀器尼龍線栓[頭直徑(0.38±0.02)mm，北京西濃科技有限公司]；華佗牌毫針(0.2 mm×15 mm，蘇州醫(yī)療用品廠有限公司)；韓式電針治療儀(型號(hào)：HANS-200A，蘇州醫(yī)療用品廠有限公司)；高效液相色譜儀[(配有熒光檢測(cè)器)，美國(guó)Waters公司]；C18色譜柱(250 mm×4.6 mm，5 μm，Agilent ZROBAX)；冷凍高速離心機(jī)(型號(hào)：TGL-16D，常州中捷實(shí)驗(yàn)儀器制造有限公司)；紫外分光光度計(jì)(型號(hào)：UV-1600PC，上海美譜達(dá)儀器有限公司)；蛋白垂直電泳儀(型號(hào)：DYY-6C，北京市六一儀器廠)；超高靈敏度化學(xué)發(fā)光成像系統(tǒng)(型號(hào)：Chemi DocTM XRS+，美國(guó)Bio-Rad公司)。

2 方法

2.1 動(dòng)物分組將120只大鼠隨機(jī)分為2組，即模型組和電針組，每組60只，造模后每組再分為1 d、3 d、7 d、14 d和21 d五個(gè)時(shí)相點(diǎn)，每個(gè)時(shí)相點(diǎn)12只大鼠。

2.2 造模方法采用持久性腦缺血損傷模型大鼠模型，造模參考Zea Longa、Koizumi[12-13]報(bào)道的方法，并在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)具體操作進(jìn)行適應(yīng)性修改[14]，大鼠麻醉后頸部正中作2 cm長(zhǎng)切口，沿筋膜鈍性分離左側(cè)胸鎖乳突肌與胸骨舌骨肌間肌間隙，直至充分暴露左側(cè)頸總動(dòng)脈、頸內(nèi)動(dòng)脈、頸外動(dòng)脈，結(jié)扎頸外動(dòng)脈及頸總動(dòng)脈近心端，同時(shí)夾閉頸內(nèi)動(dòng)脈，在頸總動(dòng)脈近分叉處剪口，將線栓插入，松開動(dòng)脈夾，輕推使其沿頸內(nèi)動(dòng)脈入顱，至大腦中動(dòng)脈，插入深度由分叉處計(jì)(18.5±0.5)mm，固定、間斷線栓，縫合肌肉和皮膚。

2.3 造模成功標(biāo)準(zhǔn)參考Zea Longa[9]的5分制評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，待大鼠麻醉清醒后評(píng)分。無(wú)偏癱肢體功能缺失，計(jì)0分；不能完全伸展右前肢，提尾懸吊時(shí)右前肢屈曲，計(jì)1分；爬行時(shí)向右轉(zhuǎn)圈，追尾，計(jì)2分；爬行時(shí)向右傾倒，計(jì)3分；不能自主行走，意識(shí)障礙，計(jì)4分。1～3分納入實(shí)驗(yàn)，其余剔除。

2.4 處理方法電針組：據(jù)參照《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物針灸穴位圖譜》[15]及擬人比照法確定穴位定位，選取癱側(cè)心包經(jīng)不同節(jié)段的四個(gè)穴位：天泉、曲澤、內(nèi)關(guān)、大陵。定位如下：天泉：前肢內(nèi)側(cè)中央距腋前紋頭約 3 mm 左右；曲澤：肘彎?rùn)M紋偏尺側(cè)凹陷中；內(nèi)關(guān)：前肢內(nèi)側(cè)離腕關(guān)節(jié)3 mm左右的尺橈骨縫間；大陵：前肢內(nèi)側(cè)腕橫紋之中央凹陷處。于造模成功24 h后開始行針刺治療，每天1次。將大鼠捆綁后用毫針刺入穴位，深度3～4 mm，連接韓式電針治療儀，取天泉、曲澤穴一組，內(nèi)關(guān)、大陵一組，刺激參數(shù)：連續(xù)波，輸出電流0.5～1 mA，頻率15 Hz，強(qiáng)度以局部組織輕顫為度，時(shí)間30 min。模型組大鼠僅捆綁處理，每次30 min，每天1次。

2.5 觀察指標(biāo)及檢測(cè)方法

2.5.1 神經(jīng)功能缺損評(píng)分采用Feeney[16]提出的走橫木實(shí)驗(yàn)(beam walking test，BWT)，綜合評(píng)價(jià)大鼠腦缺血后運(yùn)動(dòng)功能、平衡功能及身體協(xié)調(diào)功能。各組大鼠均于造模成功后6 h進(jìn)行第一次評(píng)分，于最后一次處理后30 min進(jìn)行第二次評(píng)分。大鼠完全不能爬過橫木，且無(wú)法將后肢放在水平位，計(jì)1分；大鼠完全不能爬過橫木，但可將癱瘓側(cè)后肢放在水平位并保持平衡，計(jì)2分；大鼠不能爬過橫木，跌倒概率>50%，計(jì)3分；大鼠不能爬過橫木，跌倒概率<50%，計(jì)4分；大鼠能爬過橫木，其患側(cè)肢體起作用<50%，計(jì)5分；大鼠能爬過橫木，其癱瘓側(cè)肢體起作用>50%，計(jì)6分；大鼠順利爬過橫木，癱瘓肢體完全起作用，計(jì)7分。

2.5.2 檢測(cè)大鼠腦組織D-Ser定量應(yīng)用高效液相色譜儀熒光檢測(cè)法(high performance liquid chromatography，HPLC)進(jìn)行定量分析：操作結(jié)束后，斷頭取腦，切取缺血側(cè)腦組織，凍存?zhèn)溆?。統(tǒng)一稱缺血側(cè)腦組織質(zhì)量，經(jīng)過勻漿、樣品前處理、上機(jī)檢測(cè)。樣品加入4倍體積鹽酸緩沖液(0.1 mol·L-1)，勻漿后，12 000 r·min-1離心5 min，取1 mL上清液，加入 3 mL 乙腈去除樣品中的蛋白質(zhì)和大分子物質(zhì)后，再次離心，完成前處理后取10 μL樣品，加入190 μL衍生化試劑(OPA和3-巰基丙酸溶于0.4 mol·L-1硼酸鹽緩沖溶液中，各10 g·L-1)，渦旋混勻后反應(yīng) 5 min，過濾頭上機(jī)檢測(cè)，進(jìn)樣量為10 μL，流動(dòng)相A(0.1%甲酸-水溶液)，流動(dòng)相B(乙腈)，熒光檢測(cè)波長(zhǎng)為λex=345 nm，λem=435 nm。以標(biāo)準(zhǔn)溶液繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，以D-Ser含量(X)為橫坐標(biāo)，其峰面積(Y)為縱坐標(biāo)，所得線性方程為：Y=3.79e+6×-1.07e+5(R=0.999668)，將樣品在高效液相色譜儀下測(cè)得的峰面積代入方程式，即可算出樣品的D-Ser含量。

2.5.3 Western Blot法檢測(cè)大鼠腦組織中NR1蛋白表達(dá)水平如前操作結(jié)束后，切取腦組織備用。液氮將研缽預(yù)冷，取0.2 g腦組織研缽研磨，加入500 μL細(xì)胞裂解液，研磨至勻漿無(wú)明顯顆粒，12 000 r·min-1離心15 min，取上清液，用BCA法進(jìn)行蛋白定量，計(jì)算蛋白濃度，加入緩沖溶液，煮沸5 min。樣品丙烯酰胺凝膠電泳(60 V壓縮蛋白，80 V 分離蛋白)后，轉(zhuǎn)至PVDF膜(300 mA，2 h)，將PVDF膜放入3%的脫脂牛奶封閉液，室溫封閉1 h，加入一抗孵育過夜后，TBST浸洗3次，加入二抗孵育2 h，再次TBST浸洗3次，最后發(fā)光液浸濕PVDF膜后放置于超高靈敏度化學(xué)發(fā)光成像系統(tǒng)樣品放置區(qū)運(yùn)行顯影成像。以NR1蛋白表達(dá)量與內(nèi)參蛋白表達(dá)量的比值表示NR1的表達(dá)水平。

3 結(jié)果

3.1 各組大鼠神經(jīng)功能缺損評(píng)分比較與處理前比較，模型組大鼠14 d、21 d神經(jīng)功能缺損評(píng)分顯著升高(P<0.05)，電針組3 d、7 d、14 d、21 d大鼠神經(jīng)功能缺損評(píng)分均顯著升高(P<0.05)。與處理后同一時(shí)相點(diǎn)模型組比較，電針組大鼠神經(jīng)功能缺損評(píng)分在3 d、7 d、14 d、21 d四個(gè)時(shí)相點(diǎn)均顯著降低(P<0.05)。見表1。

表1 各組大鼠BWT評(píng)分比較 分)

3.2 各組大鼠腦組織D-Ser含量比較與同一時(shí)相點(diǎn)模型組比較，電針組在3 d、14 d、21 d時(shí)大鼠腦組織D-Ser含量顯著降低(P<0.05)。見表2。

表2 各組大鼠缺血側(cè)腦組織D-Ser含量比較

3.3 各組大鼠腦組織NR1蛋白表達(dá)水平比較與同一時(shí)相點(diǎn)模型組比較，電針組大鼠在1 d、3 d、7 d、14 d、21 d時(shí)腦組織NR1蛋白表達(dá)均顯著下調(diào)(P<0.05)。見表3、圖1。

表3 各組大鼠缺血側(cè)腦組織NR1蛋白表達(dá)水平比較

圖1 各組大鼠缺血側(cè)腦組織NR1蛋白表達(dá)

4 討論

興奮性神經(jīng)毒性是腦缺血所引發(fā)的諸多神經(jīng)損傷級(jí)聯(lián)反應(yīng)的重要始因之一，在腦缺血缺氧的病理狀態(tài)下，興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸濃度異常升高，NMDA受體過度激活，造成細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載，從而產(chǎn)生神經(jīng)毒性[17]。D-Ser作為NMDA受體重要的內(nèi)源性協(xié)同激動(dòng)劑[18]，在哺乳動(dòng)物腦內(nèi)由絲氨酸消旋酶(serine racemase，SR)催化形成，其通過與NR1亞基上的位點(diǎn)結(jié)合，參與缺血發(fā)生后NMDA受體介導(dǎo)的興奮性神經(jīng)毒性。NR1亞基作為NMDA受體的主要功能單位[19]，可單獨(dú)調(diào)節(jié)NMDA受體離子通道的開閉[20]。因此，通過調(diào)控腦內(nèi)D-Ser含量和NR1表達(dá)，可作為腦缺血發(fā)生后的一種神經(jīng)保護(hù)和治療策略[21-22]。

在本實(shí)驗(yàn)中，處理后電針組各時(shí)相點(diǎn)BWT評(píng)分均較模型組同時(shí)相點(diǎn)顯著升高，其中3 d、7 d、14 d、21 d改善明顯，表明電針心包經(jīng)穴對(duì)大鼠的運(yùn)動(dòng)、平衡功能具有明顯的改善作用，并隨治療時(shí)間增長(zhǎng)效果更為顯著。目前研究認(rèn)為，腦缺血后急性期腦內(nèi)D-Ser水平顯著升高，加劇興奮性神經(jīng)毒性，SR基因敲除鼠或運(yùn)用SR抑制劑均可使腦缺血損傷模型大鼠興奮性神經(jīng)毒性減輕[23-26]，這是通過降低 D-Ser含量而對(duì)神經(jīng)產(chǎn)生保護(hù)作用。本研究發(fā)現(xiàn)，模型組大鼠腦組織D-Ser含量呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)，而電針組下降趨勢(shì)更穩(wěn)定，且3 d、7 d、14 d、21 d大鼠腦內(nèi)D-Ser含量均較模型組低。大多數(shù)NMDA受體是NR1亞基(結(jié)合協(xié)同激動(dòng)劑)和NR2A-D(結(jié)合谷氨酸)亞基不同組合構(gòu)成的異四聚體[27-28]，NR1可作為觀測(cè)NMDA受體功能及狀態(tài)的窗口。研究認(rèn)為，NR1蛋白表達(dá)在缺血早期應(yīng)激性升高，在1～3 d逐漸下降，針刺干預(yù)在早期即可顯著降低NR1表達(dá)，從而減輕興奮性神經(jīng)毒性[29]。在本研究中，電針組大鼠缺血側(cè)腦組織NR1蛋白表達(dá)均較模型組明顯降低。這些結(jié)果與電針處理3 d、7 d、14 d、21 d后運(yùn)動(dòng)功能逐漸改善的趨勢(shì)一致，說明電針心包經(jīng)穴改善腦缺血損傷模型大鼠的神經(jīng)功能缺損癥狀可能與其降低D-Ser含量、NR1蛋白表達(dá)有關(guān)。

本研究發(fā)現(xiàn)，模型組大鼠缺血側(cè)腦組織D-Ser含量與NR1表達(dá)均呈現(xiàn)明顯波動(dòng)變化，D-Ser含量在1～3 d平穩(wěn)，7 d明顯降低，14 d有所回升，21 d又出現(xiàn)下降，同時(shí)NR1表達(dá)在1～3 d呈現(xiàn)下降，7 d、14 d呈現(xiàn)回升，21 d又出現(xiàn)小幅下降。D-Ser在7 d、14 d的變化與在永久腦缺血損傷模型小鼠觀察到的D-Ser在6～10 d延遲性降低和10～15 d逐漸回升一致，其延遲性降低是對(duì)缺血后 NMDA 受體過度表達(dá)的一種保護(hù)性反饋，主要是由甘氨酸濃度升高[30]，但D-Ser在缺血急性期后整體上呈現(xiàn)為下降趨勢(shì)。本研究結(jié)果顯示，D-Ser 在14 d有所回升，但并未超過急性期水平，且在21 d繼續(xù)保持下降趨勢(shì)。根據(jù)相關(guān)研究，NR1表達(dá)在早期應(yīng)激性升高后會(huì)逐漸下降[29]，但本研究發(fā)現(xiàn)模型組大鼠腦組織NR1蛋白表達(dá)在7 d、14 d反而呈現(xiàn)上調(diào)，并在21 d亦保持較高水平，這與Que等[31]研究大鼠在局灶性腦缺血后損傷側(cè)腦組織NMDA受體增長(zhǎng)延遲14 d相類似，還發(fā)現(xiàn)缺血發(fā)生后NMDA受體表達(dá)和功能上調(diào)狀態(tài)可達(dá)30 d。NR1表達(dá)延遲性升高可能與D-Ser生成降低導(dǎo)致受體超敏性有關(guān)[23]，這個(gè)觀點(diǎn)支持在SR活性抑制導(dǎo)致D-Ser含量降低的基礎(chǔ)上，刺激NR1表達(dá)增強(qiáng)。因此，認(rèn)為D-Ser與NR1間存在一種雙向反饋，這也證明了缺血后神經(jīng)功能修復(fù)往往還取決于多環(huán)節(jié)間的相關(guān)作用，而與模型組比較，電針組有效抑制了D-Ser含量的波動(dòng)變化，使其在1～21 d整體呈現(xiàn)穩(wěn)定下降趨勢(shì)，也降低了NR1蛋白表達(dá)水平。本研究電針組NR1表達(dá)在1～3 d下降趨勢(shì)明顯考慮為缺血急性期后電針心包經(jīng)穴能迅速降低NR1表達(dá)，而7 d又呈現(xiàn)短暫回升趨勢(shì)，一方面是對(duì)D-Ser含量下降的反饋，另一方面缺血后期NR1表達(dá)過低反而會(huì)影響信號(hào)傳遞，不利于神經(jīng)恢復(fù)[32]。提示電針改善腦缺血損傷模型大鼠的神經(jīng)功能缺損癥狀，可能也與其穩(wěn)定缺血后D-Ser的波動(dòng)以及調(diào)控NR1表達(dá)變化有關(guān)。

綜上所述，本研究認(rèn)為，對(duì)于腦缺血導(dǎo)致的興奮性神經(jīng)毒性，電針心包經(jīng)穴可同時(shí)調(diào)控D-Ser/NR1這一損傷環(huán)節(jié)的兩端，促使激動(dòng)劑與受體同步下調(diào)，通過降低D-Ser含量、調(diào)控其與NR1的結(jié)合，從而達(dá)到降低神經(jīng)毒性、保護(hù)神經(jīng)功能的作用。