袁 巧,謝麗英,陳朝俊
1廣州中醫(yī)藥大學(xué),廣東 廣州 510800;2廣州中醫(yī)藥大學(xué)附屬廣州中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院腦病科,廣東 廣州 510800
腦卒中已成為我國成年人首要致死病因[1]。目前,溶栓治療仍是主要治療措施,歐洲卒中組織發(fā)布的最新指南雖將溶栓時(shí)間窗進(jìn)行延長[2],但溶栓條件苛刻、費(fèi)用高昂及出血并發(fā)癥等問題仍困擾廣大臨床工作者和患者。尋找便捷有效的腦卒中防治措施十分有益。
血腦屏障是中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周循環(huán)系統(tǒng)之間的重要屏障,在維持腦內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)中起著至關(guān)重要的作用[3,4]。血腦屏障損傷是引起出血性轉(zhuǎn)化、卒中不良后果和限制溶栓治療的重要因素,是缺血性卒中發(fā)病機(jī)制中重要的病理過程[5]。P2X7R作為配體門控離子通道家族中一個(gè)亞族,由三磷酸腺苷(ATP)激活,廣泛表達(dá)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)小膠質(zhì)細(xì)胞。急性腦缺血事件發(fā)生后,缺血中心區(qū)的ATP迅速被消耗,神經(jīng)元死亡,大量ATP被釋放,激活小膠質(zhì)細(xì)胞表面的P2X7R通道,產(chǎn)生大量炎癥介質(zhì)及內(nèi)源性蛋白水解酶(MMPs),MMPs已被確定為腦缺血和再灌注后血腦屏障損傷的關(guān)鍵介質(zhì)[6-11]。
缺血性卒中屬于中醫(yī)學(xué)“中風(fēng)”病范疇,中醫(yī)治療腦卒中的經(jīng)驗(yàn)豐富,療效顯著,副作用微。隨著中醫(yī)現(xiàn)代化的推進(jìn),越來越多研究者深入探討中醫(yī)復(fù)方、中藥單體、中藥作用靶點(diǎn)、針灸對(duì)缺血性卒中后血腦屏障通透性的影響[12-14]“。補(bǔ)陽還五湯”是治療中風(fēng)的圣方,臨床療效顯著,近年來大量研究發(fā)現(xiàn)補(bǔ)陽還五湯復(fù)方具有保護(hù)血腦屏障作用[15,16]。原方中黃芪占比84%,發(fā)揮決定性作用,黃芪多糖(APS)是主要有效成分。我們團(tuán)隊(duì)既往研究發(fā)現(xiàn)適當(dāng)劑量APS不僅可上調(diào)DCs膜表面CD36、IL-12、IL-27 表達(dá),下調(diào)IFI16 表達(dá);還可增加HLA-DR、CD86高表達(dá),促進(jìn)DCs分化與成熟,增加其免疫活性,對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生及發(fā)展具積極干預(yù)作用[17,18]。但APS的免疫調(diào)節(jié)功能是否同樣對(duì)缺血性卒中免疫炎癥過程的血腦屏障損傷起到積極干預(yù)作用,目前未見文獻(xiàn)報(bào)道。本研究通過觀察APS對(duì)體外血腦屏障模型完整性的影響;對(duì)MCAO模型大鼠腦組織依文思藍(lán)(EB)含量、血腦屏障通透性及MMP-9、P2X7R水平表達(dá)的影響,進(jìn)一步探討APS對(duì)缺血性卒中后腦保護(hù)作用機(jī)制。
SD雄性大鼠20只(南京大學(xué)模式動(dòng)物研究所,動(dòng)物倫理學(xué)審批:20190307013),6周齡,適應(yīng)性飼養(yǎng)1周;大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞(合創(chuàng)生物)。
黃芪多糖(北京索萊寶生物);甲酰胺(天津博迪化工);依文思藍(lán)染液(中科瑞泰);大鼠ATP(北京冬歌生物);極超敏ECL化學(xué)發(fā)光試劑盒(碧云天);胎牛血清、DMEM-高糖培養(yǎng)基、明膠、PBS磷酸鉀緩沖液、青/鏈霉素、蛋白marker(賽默飛);Anti-GAPDH antibody(1∶10 000)(上??党缮铮?;Rabbit Anti-Mouse IgG(H+L)(1∶4000)、Goat Anti-Rabbit IgG(H+L)(1∶5000)(southern biotech);peroxidase-Rabbit Anti-Goat IgG(1∶3000)、peroxidase-Rabbit Anti-Rat IgG(1∶2000)、Anti-P2X7R antibody(1∶1000)(武漢博士德生物)。
6孔板細(xì)胞培養(yǎng)板(康寧)、24孔板細(xì)胞培養(yǎng)板(耐思)、細(xì)胞插入器(葛萊娜);紫外分光光度計(jì)(賽默飛);低速離心機(jī)(中佳);垂直電泳槽、電泳儀、轉(zhuǎn)移電泳槽、半干轉(zhuǎn)移電泳槽、顯影儀(天能);臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)(天美);核酸蛋白檢測(cè)儀(嘉鵬);超高效液相色譜串聯(lián)三重四級(jí)桿質(zhì)譜儀(美國Waters)。
將含有1 mL細(xì)胞懸液的凍存管在37 ℃水浴中迅速搖晃解凍,加入5 mL培養(yǎng)基混合均勻;在1000 r/min條件下離心5 min,棄去上清液,補(bǔ)加5 mL完全培養(yǎng)基后吹勻;然后將所有細(xì)胞懸液加入培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)10 h;第2天換液檢查細(xì)胞密度達(dá)80%~90%,進(jìn)行細(xì)胞傳代培養(yǎng);棄去上清液,用PBS洗滌細(xì)胞1~2次,加入trypsin-EDTA 溶液(1 mL/25 cm2,2 mL/75 cm2)于培養(yǎng)瓶中,置于37 ℃培養(yǎng)箱中消化2 min,然后在顯微鏡下觀察到細(xì)胞大部分變圓并脫落,迅速拿回操作臺(tái),輕敲培養(yǎng)瓶后加5 mL 含10%血清的完全培養(yǎng)基終止消化;吹散細(xì)胞,完全脫落后吸出,在1000 r/min條件下離心10 min,棄去上清液,補(bǔ)加2 mL培養(yǎng)液后吹勻。按5 mL/瓶補(bǔ)加培養(yǎng)液,將細(xì)胞懸液按1∶3的比例分到新的含5 mL培養(yǎng)液的培養(yǎng)瓶中。放入CO2培養(yǎng)箱(培養(yǎng)條件5%CO2、飽和濕度、37 ℃)。
1.5.1 MCAO模型建立[19]大鼠腹腔用10%水合氯醛(0.25 mL/100 g)進(jìn)行麻醉后,仰臥固定,取頸正中皮膚切口,暴露右側(cè)頸總動(dòng)脈,分離迷走神經(jīng),將頸總動(dòng)脈鈍性分離至暴露頸外動(dòng)脈和頸內(nèi)動(dòng)脈分叉處。用大鼠動(dòng)脈血制成長約1 cm的栓子,將栓子沖入頸內(nèi)動(dòng)脈內(nèi),結(jié)扎頸總動(dòng)脈并縫合肌肉及皮膚。術(shù)后24 h觀察造模大鼠的行為學(xué)改變:對(duì)其進(jìn)行提尾懸空實(shí)驗(yàn),神經(jīng)功能評(píng)分采用Bedersen法[20],1~4分納入實(shí)驗(yàn)。共造模22只大鼠,其中誤傷迷走神經(jīng)窒息死亡1只,術(shù)中分離頸外動(dòng)脈導(dǎo)致大出血剔除2只,完成造模19只,根據(jù)Bedersen評(píng)分法,造模成功率為90%(18/20)。
1.5.2 糖氧剝奪(OGD)模型建立 將大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞均勻地接種于6孔板上,密度為2×105/孔,加入DMEM無糖無血清培養(yǎng)基,于95%N2/5%CO2條件下在37 ℃培養(yǎng)6 h,然后在正常條件(95%O2/5%CO2)下37 ℃培養(yǎng)按細(xì)胞分組內(nèi)各時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行收樣檢測(cè)。
1.5.3 細(xì)胞分組 將大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞分為對(duì)照組(0.01 mol/L PBS,24 h)、ATP(3 mmol/L,24 h)組、OGD(72 h)組、ATP(3 mmol/L,24 h)+APS(100 mg/L,48 h)組、OGD(72 h)+APS(100 mg/L,72 h)組。
1.5.4 動(dòng)物分組 隨機(jī)將18只SD大鼠分為3組:對(duì)照組、MCAO+生理鹽水組、MCAO+APS組。對(duì)照組SD雄性大鼠6只,腹腔注射生理鹽水;MCAO+生理鹽水組SD雄性大鼠6只,構(gòu)建MCAO模型,腹腔注射生理鹽水,連續(xù)注射3 d;MCAO+APS組SD雄性大鼠6只,構(gòu)建MCAO模型,腹腔注射APS(45 mg/kg),連續(xù)注射3 d。
1.6.1 試漏實(shí)驗(yàn) 細(xì)胞插入器預(yù)先以2%明膠包被;將大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞均勻地接種在24孔細(xì)胞插入器中,密度為200 000/cm2;放入CO2培養(yǎng)箱(培養(yǎng)條件5%CO2、飽和濕度、37 ℃)培養(yǎng)至匯合狀態(tài);顯微鏡下觀察大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞達(dá)匯合狀態(tài)后,將細(xì)胞培養(yǎng)基加入到插入器的供池,使細(xì)胞插入器供池與受池的液面差>0.5 cm;隨后,通過試漏試驗(yàn)確定是否成功建立血腦屏障,在4 h后若插入器兩池間仍能保持明顯的液面差,則認(rèn)為大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞已經(jīng)完全匯合,血腦屏障基本形成。
1.6.2 液相色譜-質(zhì)譜檢測(cè) APS對(duì)血腦屏障的滲透性影響使用LC-MS檢測(cè)受體池培養(yǎng)基中的APS水平來鑒定。色譜條件如下:色譜柱:Phenomenex Kinetex C18(100 mm×2.1 mm,1.7 μm);柱溫:30 ℃;進(jìn)樣量:10 μL;流速:0.4 mL/min;流動(dòng)相:甲醇(A)和水(B)。梯度洗脫程序:0~0.5 min,10%A;0.5~1.8 min,10%~90%A;1.8~3.8 min,90%A;3.8~4.5 min,90%~5%A;4.5~6.0 min,5%A。質(zhì)譜條件如下:離子源:電噴霧電離(ESI+);掃描模式:正離子模式掃描;離子源溫度:120 ℃;毛細(xì)管電壓:3.0 kⅤ;脫溶劑氣溫度:500 ℃;脫溶劑氣流量:850 L/h;碰撞氣流速:0.11 mL/min,錐孔反吹氣流量:150 L/h;檢測(cè)方式:多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式。
1.6.3 EB含量測(cè)定 大鼠處死前2 h靜脈注射EB染料;心臟灌注生理鹽水去除腦血管內(nèi)殘留的血液,快速取出腦組織稱重記錄;放入到甲酰胺(1 mL/100 mg)中37 ℃放置48 h;離心后取上清用分光光度計(jì)在620 nm下測(cè)量上清液的吸光度值;用倍比稀釋法制作標(biāo)準(zhǔn)曲線,在標(biāo)準(zhǔn)曲線基礎(chǔ)上將得到的吸光度值換算為EB含量以評(píng)價(jià)血腦屏障通透性。
1.6.4 ELISA檢測(cè) 嚴(yán)格按照ELISA檢測(cè)步驟進(jìn)行,首先在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行試劑回溫;收集SD大鼠皮質(zhì)腦組織稱重,迅速冷凍并將標(biāo)本勻漿充分;加入PBS,離心后收集上清。配置洗滌液;設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)品孔、空白孔及樣品孔,并分別進(jìn)行加樣;加樣后用封板膜封板,放到37 ℃恒溫箱孵育60 min;對(duì)每孔洗滌后,加入顯色劑避光顯色;終止反應(yīng)后用酶標(biāo)儀450 nm波長測(cè)定A值。以標(biāo)準(zhǔn)品濃度為橫坐標(biāo),吸光度A值為縱坐標(biāo),用軟件繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,樣品中各指標(biāo)含量可通過對(duì)應(yīng)A值由標(biāo)準(zhǔn)曲線換算出相應(yīng)的濃度。
1.6.5 Western blot 檢測(cè) MMP-9、P2X7R 嚴(yán)格按照Western blot檢測(cè)步驟進(jìn)行,取SD大鼠皮質(zhì)腦組織進(jìn)行總蛋白抽提、蛋白樣品初步定量通過BCA法測(cè)量蛋白濃度、準(zhǔn)備蛋白上樣緩沖液進(jìn)行SDS-PAGE電泳、運(yùn)用轉(zhuǎn)膜儀進(jìn)行轉(zhuǎn)膜、封閉雜交膜、TBST洗膜、暗室中X膠片感光顯影。最后進(jìn)行比較記錄分析。
采用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,符合正態(tài)分布的計(jì)量資料實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,采用單因素方差分析進(jìn)行組間比較。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
4 h后ATP組及OGD組插入器兩池液面差異明顯,提示成功建立了血腦屏障體外模型。APS處理后均可降低插入器兩池之間的液面差異,改善ATP和OGD對(duì)體外血腦屏障模型通透性的影響;此外,LC-MS檢測(cè)結(jié)果提示APS可通過血腦屏障體外模型滲透。這些結(jié)果表明APS可修復(fù)血腦屏障完整性,改善其通透性(圖1)。
與對(duì)照組相比,MCAO+生理鹽水組、MCAO+APS組大鼠腦組織EB含量增多(P<0.01);與MCAO+生理鹽水組相比,MCAO+APS組大鼠腦組織EB含量減少(P<0.05,圖2)。
圖2 各組大鼠腦組織EB含量的比較Fig.2 Comparison of Evens blue (EB) content in the brain tissue of the rats among the groups.A: Standard curve for EB by ELISA.B:Comparison of EB concentration.**P<0.01 vs control group,#P<0.05 vs MCAO+saline group(n=6).
與對(duì)照組相比,MCAO+生理鹽水組、MCAO+APS組大鼠腦組織血腦屏障通透性增大(P<0.01);與MCAO+生理鹽水組相比,MCAO+APS組大鼠腦組織血腦屏障通透性改善(P<0.05,圖3)。
圖3 各組大鼠腦組織血腦屏障通透性比較Fig.3 Comparison of blood-brain barrier permeability in rats among the groups.**P<0.01 vs control group,#P<0.05 vs MCAO+saline group(n=6).
與對(duì)照組相比,MCAO模型大鼠腦組織中ATP含量減少(P<0.05),APS給藥處理對(duì)ATP含量有恢復(fù)作用(P<0.01,圖4)。
圖4 各組大鼠腦組織ATP含量變化Fig.4 Changes of ATP content in brain tissue of the rats in each group.A: ELISA standard curve for ATP;B:Concentration ofATP.*P<0.05 vs control group,##P<0.01 vs MCAO+saline group(n=6).
與對(duì)照組相比,MCAO模型大鼠腦組織中MMP-9表達(dá)水平升高(P<0.01),與MCAO+生理鹽水組相比,MCAO+APS組MMP-9表達(dá)水平降低(P<0.05,圖5)。
圖5 各組大鼠腦組織MMP-9表達(dá)水平Fig.5 MMP-9 expression level in the brain tissue of rats in each group.A:Western blots of MMP-9 proteins;B: Relative expressions of MMP-9 proteins.**P<0.01 vs control group,#P<0.05 vs MCAO+saline group(n=6).
與對(duì)照組相比,MCAO模型大鼠腦組織中P2X7R表達(dá)水平升高(P<0.01);APS可逆轉(zhuǎn)MCAO模型大鼠腦組織中P2X7R表達(dá)水平的增加(P<0.05,圖6)。
圖6 各組大鼠腦組織P2X7R表達(dá)水平Fig.6 P2X7R expression level in the brain tissue of rats in each group.A: Western blots of P2X7R proteins.B: Relative expressions of P2X7R proteins.**P<0.01 vs control group,#P<0.05(n=6).
血腦屏障損傷是缺血性卒中發(fā)病機(jī)制中重要的病理過程,可破壞腦內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài),引起腦水腫,并導(dǎo)致缺血性卒中進(jìn)展,形成惡性循壞。目前對(duì)缺血缺氧狀態(tài)下血腦屏障的研究方法分體內(nèi)及體外兩種:(1)建立體外血腦屏障模型,并模擬OGD狀態(tài);(2)建立MCAO動(dòng)物模型模擬急性腦卒中的狀態(tài)及結(jié)果[21,22]。本研究運(yùn)用大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)并構(gòu)建體外血腦屏障實(shí)驗(yàn)?zāi)P?;建立OGD組模擬腦缺血缺氧狀態(tài),并通過試漏實(shí)驗(yàn)觀察到OGD組插入器兩池液面差異明顯,體外血腦屏障模型結(jié)構(gòu)遭到破壞,通透性提高。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中,我們成功建立MCAO模型大鼠,術(shù)后24 h收集大鼠腦組織進(jìn)行染色,發(fā)現(xiàn)MCAO 模型大鼠出現(xiàn)腦組織血腦屏障結(jié)構(gòu)損傷,相對(duì)應(yīng)腦組織染色增多,EB含量增加及發(fā)生腦水腫。
腦缺血事件后,位于缺血中心區(qū)的腦血流量顯著降低,能量快速衰竭,ATP迅速被消耗及釋放[23],實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)MCAO模型大鼠腦組織中ATP含量減少,游離在細(xì)胞外ATP增加。既往研究結(jié)果同樣發(fā)現(xiàn)與手術(shù)對(duì)照組(只分離血管不插栓)比較,缺血對(duì)照組(缺血2 h不再灌注)及缺血再灌注組ATP含量均減少[24],這與我們的結(jié)果保持一致。另外,與對(duì)照組相比,MCAO模型大鼠腦組織中MMP-9表達(dá)明顯升高。正常情況下,MMPs在大腦中表達(dá)很低,主要以酶原的形式存在;在缺血性卒中發(fā)生后,無論是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物或者患者中MMP-9的活性均增高,發(fā)生24~48 h后血腦屏障的嚴(yán)重破壞與MMP-9密切相關(guān)[25-27],該結(jié)論與本研究結(jié)果一致。腦缺血環(huán)境下腦組織ATP含量變化與MMP-9有何聯(lián)系?其在缺血性卒中血腦屏障破壞中扮演什么角色?相關(guān)機(jī)制是什么?這值得進(jìn)一步探討。
P2X7R作為嘌呤受體通道,在P2X家族中非常特殊,并在腦小膠質(zhì)細(xì)胞表面高表達(dá)[28,29]。P2X7R通道開放具有門控特性,ATP是P2X7R唯一天然激動(dòng)劑[30,31],正常情況下胞外ATP含量低,親和力弱,通道呈閉合狀態(tài);腦缺血時(shí),與2分子ATP結(jié)合可觸發(fā)P2X7R受體構(gòu)象改變引發(fā)通道開放,進(jìn)一步通過炎癥免疫、鈣超載、細(xì)胞興奮毒性持續(xù)進(jìn)行腦損傷[32,33],其中免疫炎癥反應(yīng)過程釋放MMPs,使血腦屏障發(fā)生降解,導(dǎo)致通透性增加,引起腦水腫[34]。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組相比,MCAO模型大鼠腦組織中ATP含量減少,MMP-9、P2X7R表達(dá)升高,血腦屏障通透性增加。有研究表明在P2X7R基因敲除的MCAO模型小鼠中,小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)缺血性損傷反應(yīng)降低[35]。本實(shí)驗(yàn)中APS給藥后,MCAO模型大鼠腦組織中ATP含量回升,并顯著下調(diào)MCAO模型大鼠腦組織MMP-9、P2X7R表達(dá),P2X7R通道在神經(jīng)信號(hào)通道中處于上游的調(diào)節(jié)位點(diǎn),我們證實(shí)損傷區(qū)域小膠質(zhì)細(xì)胞上的P2X7R表達(dá)下調(diào),可通過抑制小膠質(zhì)細(xì)胞分泌MMPs,減少對(duì)血腦屏障結(jié)構(gòu)的破壞,起到腦保護(hù)作用。
缺血性卒中屬于“中風(fēng)”病,病機(jī)以氣虛無力為本,脈道不通為標(biāo),故以益氣活血通絡(luò)為治則的“補(bǔ)陽還五湯”療效顯著。研究發(fā)現(xiàn)補(bǔ)陽還五湯可減輕缺血再灌注后腦組織的再損傷[36,37],其療效與黃芪呈量效關(guān)系[38-40]。藥理研究中,黃芪具有抗炎、抗凋亡、抗氧化、重建微循環(huán)及促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)等作用,APS作為有效化學(xué)成分在其中發(fā)揮主要作用[41,42]。我們團(tuán)隊(duì)既往研究中發(fā)現(xiàn)APS對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生及發(fā)展具積極干預(yù)作用[17,18]。前期預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:APS對(duì)缺血性卒中免疫炎癥過程中血腦屏障損傷同樣起到積極干預(yù)作用。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)APS能改善阿爾茨海默病模型小鼠血腦屏障通透性,減輕腦組織水腫的程度[43];也有研究表明黃芪糖蛋白可以抑制自身免疫性腦脊髓炎小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥細(xì)胞浸潤,促進(jìn)血腦屏障損傷修復(fù)[44]。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)APS處理后,通過LC-MS檢測(cè)發(fā)現(xiàn)APS可通過血腦屏障體外模型滲透,試漏實(shí)驗(yàn)觀察到APS組兩池液面差異減??;此外,MCAO模型大鼠腦組織EB含量減少。結(jié)果顯示APS能改善急性缺血后血腦屏障通透性,一定程度上降低腦細(xì)胞的水腫程度,阻滯腦缺血進(jìn)展。
綜上所述,黃芪多糖通過穩(wěn)定腦缺血缺氧狀態(tài)下的內(nèi)環(huán)境,下調(diào)MMP-9表達(dá)水平,改善血腦屏障通透性,起到對(duì)MCAO模型大鼠腦組織保護(hù)作用,且其作用機(jī)制可能與抑制P2X7R通道相關(guān)。但其中是否另有其他機(jī)制參與尚不明確,另與其他中藥有效成分相比黃芪多糖是否具有優(yōu)勢(shì)性同樣尚不清楚,這也是本研究的局限性,還需進(jìn)一步深入研究。
南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)2022年11期