VU0360172激活mGluR5對新生大鼠生發(fā)基質(zhì)出血的保護(hù)作用

王筱雅，馮占輝，熊 英，張 晴，楊 清，陳惠心，汪朝云，左 丁，葉 蘭

(1.貴州醫(yī)科大學(xué) 1.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)教研室、2.附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科、3.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院機(jī)能學(xué)實驗室，貴州 貴陽 550025)

生發(fā)基質(zhì)出血(germinal matrix hemorrhage，GMH)是發(fā)生于早產(chǎn)兒的一類嚴(yán)重腦出血疾病，其出血位置源自側(cè)腦室下方室管膜區(qū)域的生發(fā)基質(zhì)層，這里是嬰幼兒重要的神經(jīng)發(fā)生部位，其中富含脆弱的血管。因未成熟的大腦缺乏自我調(diào)節(jié)功能，故早產(chǎn)兒腦部血流產(chǎn)生波動便極易造成血管破裂，從而發(fā)生出血[1]。GMH在早產(chǎn)兒及低體重出生兒中的發(fā)病率和死亡率極高，并伴有腦癱、癲癇、發(fā)育遲緩等神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥[2]，嚴(yán)重危害早產(chǎn)兒的生命與健康。目前臨床上仍然缺乏有效的治療藥物，故探索新型治療靶點具有重要的醫(yī)學(xué)意義。

代謝型谷氨酸受體5(metabotropic glutamate receptor 5，mGluR5)是一種G蛋白偶聯(lián)受體(G protein coupled receptor，GPCR)，在神經(jīng)元細(xì)胞膜上有表達(dá)，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)中起重要作用[3]，參與突觸可塑性和痛覺調(diào)節(jié)[4]。有研究發(fā)現(xiàn)，激動mGluR5在創(chuàng)傷性腦損傷[5]、蛛網(wǎng)膜下腔出血[6]、成人腦出血[7]、腦缺血[8]等神經(jīng)系統(tǒng)疾病模型中發(fā)揮出較良好的療效，有抗神經(jīng)元凋亡、增強(qiáng)神經(jīng)發(fā)生、改善神經(jīng)功能的作用，但在GMH模型中的作用尚未有研究報道。VU0360172是一種新型的mGluR5正向變構(gòu)調(diào)節(jié)劑，具有特異性好、口服利用率高、可透過血腦屏障等特點[9]，有研究表明，用VU0360172激動mGluR5可有效改善癲癇[10]和蛛網(wǎng)膜下腔出血引起的神經(jīng)功能損傷。本文探討了利用VU0360172激動mGluR5對生發(fā)基質(zhì)出血產(chǎn)生的保護(hù)作用，并初步探究其產(chǎn)生保護(hù)作用的機(jī)制可能與抗神經(jīng)元凋亡有關(guān)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1動物 新生7日齡SD大鼠129只，♀♂各半，體質(zhì)量(13～16) g，SPF級，購于貴州醫(yī)科大學(xué)實驗動物中心，生產(chǎn)許可證SCXK(遼)2020-0001。使用許可證SYXK(黔)2018-0001。

1.1.2主要材料與試劑 異氟烷：深圳瑞沃德生命科技有限公司；Ⅶ-S型膠原酶(批號：128M4107V)：美國Sigma公司；TESCA緩沖液(pH 7.4，批號：20191114)：索萊寶公司；VU0360172(批號：0586901-1)：Cayman公司；都氏試劑：上海羽朵生物科技有限公司；多聚甲醛固定液、SWE快速高分辨電泳緩沖液、轉(zhuǎn)膜緩沖液粉末、抗β-actin抗體(批號：Ls202319)：武漢賽維爾生物科技有限公司；預(yù)染蛋白質(zhì)分子量標(biāo)準(zhǔn)(批號：00864849)：Thermo Fisher公司；氟化聚偏乙烯PVDF微孔轉(zhuǎn)移膜(批號：R0BB23468)：Millipore公司；高效封閉液：Genefist公司；抗mGluR5(批號：34r8599)、cleaved-caspase-3(批號：15z0096)、辣根酶標(biāo)記山羊抗兔IgG(H+L)抗體(批號：56j9958)、ECL發(fā)光液(批號：1824c03)：艾菲公司；抗Bcl-2抗體(批號：I07161556)：萬類公司。

1.1.3儀器 小動物麻醉機(jī)、腦立體定位儀(深圳瑞沃德生命科技有限公司)；天平(METTLER TOLEDO公司)；電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海博迅實業(yè))；酶標(biāo)儀(BioTek公司)；高速冷凍離心機(jī)(Eppendorf公司)；正置光學(xué)顯微鏡(日本尼康)；電泳轉(zhuǎn)膜儀(北京六一儀器廠)；凝膠成像系統(tǒng)(Bio-Rad公司)。

1.2 試驗方法

1.2.1造模 新生7日齡SD大鼠稱重編號，誘導(dǎo)麻醉后固定于腦立體定位儀上，切開頭皮暴露前囟，以前囟為原點，坐標(biāo)1.6 mm(前)和1.5 mm(右)處鉆一1 mm小洞，用微量進(jìn)樣針插入硬腦膜下2.7 mm(深)處，以1 μL·min-1速度注射膠原酶共0.3 U，留針5 min防止泄露。拔針后用骨蠟封住顱骨小洞，縫合頭皮。術(shù)后放置于37 ℃環(huán)境中恢復(fù)蘇醒，然后放回母鼠身邊。假手術(shù)組僅進(jìn)行腦部進(jìn)針，不注射膠原酶。

1.2.2實驗分組 實驗共分為5組：假手術(shù)組(Sham組)；模型組(GMH組)；VU0360172低、中、高劑量組(0.75 mg·kg-1、1.5 mg·kg-1、3.0 mg·kg-1)。每組21只大鼠。

1.2.3給藥 造模后3 h，VU0360172按低、中、高劑量給藥(i.p.)，假手術(shù)和模型組給予等容積的溶劑(0.02 DMSO+0.1吐溫80+0.2 PEG400+生理鹽水)。

1.2.4短期行為學(xué)測試 造模后24 h進(jìn)行，每組6只大鼠，測試完成繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)實驗。

1.2.4.1 翻正反射 用手將乳鼠仰面固定于臺面上，松手后記錄其由仰臥姿勢完全翻正為四足站立所需的時間。

1.2.4.2 負(fù)趨地性 將乳鼠頭朝向下方，置于一呈45°傾斜角的粗糙斜面上，記錄乳鼠倒轉(zhuǎn)180°所需的時間。

1.2.4.3 神經(jīng)功能缺陷評分 采用Longa評分[11]，評分標(biāo)準(zhǔn)：0分，正常行走；1分，左側(cè)前肢伸展不完全；2分，行走過程向?qū)?cè)轉(zhuǎn)圈；3分，行走過程中跌倒；4分，意識喪失，無自主行為。

1.2.5腦含水量測定 造模后24 h斷頭取腦，稱取腦組織濕重，100 ℃烘干24 h稱取干重。腦組織含水量/%=(腦組織濕重-腦組織干重)/腦組織濕重×100%。每組6只。

1.2.6血紅蛋白測定 造模后24 h將乳鼠麻醉，PBS心臟灌流后斷頭取腦，稱取右側(cè)半球置于EP管中，加入2 mL PBS，冰上超聲1 min，4 ℃ 13 000 r·min-1離心20 min，取上清液20 μL，按1 ∶4比例加入都氏試劑，室溫下充分靜置15 min，酶標(biāo)儀540 nm處比色。每組6只。

1.2.7HE染色 造模后24 h乳鼠麻醉，斷頭取腦，迅速放入多聚甲醛固定液進(jìn)行固定，石蠟包埋切片，進(jìn)行蘇木精-伊紅染色，顯微鏡鏡檢乳鼠腦組織病理學(xué)變化。每組3只。

1.2.8Western blot檢測 Bcl-2、cleaved-caspase-3蛋白的表達(dá) 造模后24 h心臟灌流取腦。180 mA轉(zhuǎn)膜，快速封閉液室溫封閉10 min，加入抗Bcl-2、cleaved-caspase-3抗體，4 ℃孵育過夜。每組6只。

2 結(jié)果

2.1 VU0360172對GMH乳鼠神經(jīng)功能的影響與假手術(shù)組相比，模型組在翻正反射和負(fù)趨地性實驗中所消耗時間增長，神經(jīng)行為學(xué)評分升高(P<0.01)。與模型組相比，VU0360172給藥高劑量組明顯縮短乳鼠神經(jīng)行為學(xué)測試所需時間，神經(jīng)功能缺陷評分降低，結(jié)果差異具有顯著性(P<0.05)(Fig 1)。

Fig 1 Effect of VU0360172 on neurobehavioral S: Sham; G: GMH; L: VU0360172 0.75 mg·kg-1; M: VU0360172 1.5 mg·kg-1; H: VU0360172 3.0 mg·kg-1. Respective time taking for body righting test and negative geotaxis test and neurological scores estimated 24 h after GMH. **P<0.01 vs Sham; #P<0.05， ##P<0.01 vs GMH.

2.2 VU0360172對GMH乳鼠腦含水量和腦血紅蛋白含量的影響與假手術(shù)組相比，模型組乳鼠腦含水量和腦血紅蛋白含量顯著增加(P<0.01)。與模型組相比，VU0360172給藥高劑量組乳鼠腦含水量和血紅蛋白含量降低，結(jié)果差異具有顯著性(P<0.05)(Fig 2)。

Fig 2 Effect of VU0360172 ameliorating outcomes of GMH in n=6)S: Sham; G: GMH; L: VU0360172 0.75 mg·kg-1; M: VU0360172 1.5 mg·kg-1; H: VU0360172 3.0 mg·kg-1. A: Brain water content. B: Quantification of brain blood volume 24 h after GMH. **P<0.01 vs sham; #P<0.05，##P<0.01 vs GMH.

2.3 VU0360172對GMH乳鼠腦組織病理形態(tài)學(xué)的影響HE染色結(jié)果表明，與假手術(shù)組相比，模型組患側(cè)側(cè)腦室顯著增寬，基底節(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)破壞，基底節(jié)區(qū)和腦室下區(qū)(subventricular zone, SVZ)可見廣泛紅細(xì)胞和炎性細(xì)胞浸潤。VU0360172低劑量組與模型組比較無明顯差別。中劑量組側(cè)腦室中度擴(kuò)大，基底節(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)輕度破壞，SVZ區(qū)炎性細(xì)胞浸潤明顯。高劑量組側(cè)腦室輕度擴(kuò)大，基底節(jié)區(qū)有少量紅細(xì)胞浸潤，SVZ區(qū)可見紅細(xì)胞和炎性細(xì)胞浸潤，但面積較中劑量組明顯減少，病理損傷明顯改善(Fig 3)。

Fig 3 Histochemistry staining of rat brain (×200)S: Sham; G: GMH; L: VU0360172 0.75 mg·kg-1; M: VU0360172 1.5 mg·kg-1; H: VU0360172 3.0 mg·kg-1.

2.4 VU0360172對GMH乳鼠大腦凋亡相關(guān)蛋白水平的影響Western blot結(jié)果顯示，與假手術(shù)組相比，模型組腦中Bcl-2蛋白表達(dá)減少(P<0.05)，cleaved-caspase-3蛋白表達(dá)增加(P<0.01)。與模型組相比，VU0360172高劑量組明顯上調(diào)Bcl-2蛋白(P<0.05)，下調(diào)cleaved-caspase-3蛋白(P<0.01)(Fig 4)。

Fig 4 Effect of VU0360172 on apoptosis-related proteinS: Sham; G: GMH; L: VU0360172 0.75 mg·kg-1; M: VU0360172 1.5 mg·kg-1; H: VU0360172 3.0 mg·kg-1. A, B: Relative protein expression level of Bcl-2 and cleaved-caspase-3 24h after GMH. *P<0.05, **P<0.01 vs sham; #P<0.05， ##P<0.01 vs GMH.

3 討論

新生兒生發(fā)基質(zhì)出血發(fā)生后，腦血管破裂出現(xiàn)大量血液，積血不僅會形成血塊阻塞腦脊液循環(huán)，加重腦積水[1]，血液成分的釋放還會引起神經(jīng)元死亡[12]、小膠質(zhì)細(xì)胞激活[13]、水通道蛋白表達(dá)改變[14]等病理反應(yīng)，加劇腦損傷。

mGluR5是一種GPCR，在神經(jīng)元細(xì)胞膜上表達(dá)，激動后具有抑制神經(jīng)元凋亡，增強(qiáng)神經(jīng)發(fā)生，調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞的功能，可產(chǎn)生抗炎、抗焦慮、抗精神病、抗癲癇的作用。有研究顯示，mGluR5激動劑CHPG可增強(qiáng)腦室下區(qū)域神經(jīng)祖細(xì)胞的增殖，增強(qiáng)神經(jīng)發(fā)生，對成人腦出血產(chǎn)生保護(hù)作用[7]。在腦缺血模型上，特異性激動mGluR5可通過PI3K-AKT通路產(chǎn)生保護(hù)作用[8]。故mGluR5是一個可通過不同途徑產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)作用的受體。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用VU0360172后，可明顯改善GMH所致的乳鼠腦含水量和腦血紅蛋白含量的升高，并減少GMH造模后乳鼠神經(jīng)行為學(xué)測試所消耗時間，降低神經(jīng)功能缺陷評分。表明激活mGluR5后對GMH產(chǎn)生了治療效果。

Georgiadis等[15]的研究顯示，GMH的發(fā)病伴隨著細(xì)胞凋亡，故抑制細(xì)胞凋亡可能是藥物對GMH產(chǎn)生保護(hù)作用的一種途徑。Zhang等[6]也發(fā)現(xiàn)，在蛛網(wǎng)膜下腔出血模型中，激動mGluR5可以改善早期損傷，并有抑制神經(jīng)元凋亡的作用。故本研究提出假設(shè)，在GMH模型中激動mGluR5是否會產(chǎn)生凋亡抑制的效應(yīng)？凋亡是一種細(xì)胞程序性死亡，只有當(dāng)細(xì)胞凋亡程序啟動時，半胱氨酸-天冬氨酸蛋白酶3(caspase-3)才會被激活，活化產(chǎn)生裂解的cleaved-caspase-3，裂解胞質(zhì)和胞核底物，引起細(xì)胞凋亡，所以cleaved-caspase-3是細(xì)胞凋亡發(fā)生的重要指征和關(guān)鍵因子。而Bcl-2是重要的凋亡調(diào)控蛋白，Bcl-2的上調(diào)可抑制細(xì)胞凋亡。在本研究的WB結(jié)果中證實，GMH模型組的抗凋亡蛋白Bcl-2減少，裂解蛋白酶cleaved-caspase-3大量產(chǎn)生，說明細(xì)胞凋亡情況嚴(yán)重。給予VU0360172后，抗凋亡蛋白Bcl-2發(fā)生上調(diào)，而cleaved-caspase-3下調(diào)，細(xì)胞凋亡情況有所改善。綜上，激動mGluR5后對GMH乳鼠產(chǎn)生了治療效應(yīng)，這種保護(hù)作用可能是通過抑制細(xì)胞凋亡所產(chǎn)生。

本研究主要聚焦于VU0360172激活mGluR5對GMH的保護(hù)作用，雖有其他研究也顯示mGluR5激動劑對蛛網(wǎng)膜下腔出血、創(chuàng)傷性腦損傷等中樞疾病有保護(hù)作用，但也有研究表明抑制mGluR5可治療帕金森[16]和阿爾茨海默癥[17]。同一受體對不同神經(jīng)疾病的治療機(jī)制出現(xiàn)差異的原因，有可能是因為疾病本身的發(fā)病機(jī)制不同，急性創(chuàng)傷和慢性炎癥性疾病存在差異，且因受mGluR5影響的下游通路眾多，例如Akt-NF-κB通路[3]、PI3K-AKT通路等，受體可產(chǎn)生多種效應(yīng)。本研究對mGluR5治療GMH的機(jī)制探討也僅是淺嘗輒止，對其抑制細(xì)胞凋亡的具體機(jī)制尚不清楚，將在后續(xù)實驗中對此進(jìn)行更加深入的研究。