李曉蕾,朱海生,麻瑞娟,胡 科,馮麗娜,王旭東
邯鄲市中心醫(yī)院,河北 邯鄲 056000
缺血性腦卒中約占腦卒中患者的72%,具有起病急、進(jìn)展快的特點(diǎn),是導(dǎo)致我國(guó)居民殘疾和死亡的首位病因[1]。通過靜脈溶栓或介入治療及時(shí)恢復(fù)血流再灌注,挽救缺血半暗帶神經(jīng)元是臨床治療缺血性腦卒中的首選方案。但血流再通后常導(dǎo)致腦功能缺損進(jìn)一步加重,即腦缺血再灌注損傷,炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡等是其發(fā)生、發(fā)展的重要病理機(jī)制[2-4]。研究顯示,Toll樣受體4/核因子-κB(tolllike receptor 4/nuclear factor-κB,TLR4/NF-κB)是調(diào)控炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵信號(hào)通路[5],抑制TLR4/NF-κB通路可減輕大鼠腦缺血再灌注損傷[6]。
藏紅花素提取自鳶尾科植物藏紅花,具有良好的抗炎、抗凋亡等作用[7-8],通過抑制TLR4/NF-κB通路可減輕心衰大鼠炎癥反應(yīng)、心肌細(xì)胞凋亡[9]和動(dòng)脈粥樣硬化小鼠神經(jīng)炎癥[10]。有研究報(bào)道,藏紅花素能夠改善腦缺血再灌注損傷大鼠腦功能[11],但其作用機(jī)制尚不明確。本研究旨在探討藏紅花素對(duì)局灶性腦缺血再灌注(focal cerebral ischemia-reperfusion,F(xiàn)CIR)大鼠神經(jīng)元的影響及可能的機(jī)制,以期為臨床防治腦缺血再灌注損傷提供新的思路。
選擇SPF級(jí)雄性SD大鼠128只,7~8周齡,體質(zhì)量230~260 g,由河北伊維沃生物科技有限公司提供,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生產(chǎn)許可證號(hào):SCXK(冀)2020-002。于室溫25 ℃、濕度55%~65%的控制環(huán)境中飼養(yǎng),自由飲水進(jìn)食。所有實(shí)驗(yàn)動(dòng)物操作均嚴(yán)格遵循動(dòng)物實(shí)驗(yàn)減少、替代、優(yōu)化原則,本實(shí)驗(yàn)方案通過河北省邯鄲市中心醫(yī)院倫理委員會(huì)審批通過[批準(zhǔn)號(hào):
HDZXLL(K)2021-014]。
1.2.1實(shí)驗(yàn)藥物、試劑 藏紅花素(純度≥98%)(美國(guó)Sigma公司,批號(hào):E190513b);脂多糖(TLR4激活劑)(美國(guó)Invivogen公司,批號(hào):511219ps);氯化三苯四氮唑(triphenyltetrazolium chloride,TTC)染色液、HE染色試劑盒、TUNEL染色試劑盒購(gòu)自南京建成生物工程研究所(批號(hào)分別為201227、210105、201124);ELISA法腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)、白細(xì)胞介素1β(interleukin-1β,IL-1β)、IL-6檢測(cè)試劑盒購(gòu)自北京索萊寶生物科技有限公司(批號(hào)分別為SEKR-0009、SEKR-0002、SEKR-0005);TLR4抗體、NF-κB p65抗體、p-NF-κB p65抗體、IκBα抗體、p-IκBα抗體購(gòu)自美國(guó)Affinity公司(批號(hào)分別為AF7017、AF5006、AF5019、AF6428、AF5281);Cleved Caspase-3抗體、B淋巴細(xì)胞瘤-2基因(Bcl-2)抗體、Bcl-2相關(guān)X蛋白(Bax)抗體購(gòu)自英國(guó)Abcam公司(批號(hào)分別為ab54426、ab28517、ab31005);BCA蛋白濃度檢測(cè)試劑盒、β-actin抗體、二抗、ECL發(fā)光液購(gòu)自北京博奧森生物技術(shù)有限公司(批號(hào)分別為C05-07004、bs-0061R、bs-0295G、C05-07004)。
1.2.2實(shí)驗(yàn)儀器 BS224S型電子天平(德國(guó)Sartouris公司);synergy H1型酶標(biāo)儀(德國(guó)Biotec公司);RM2015型切片機(jī)(德國(guó)Leica公司);Tetra型電泳儀、Blot SD型轉(zhuǎn)膜儀(美國(guó)Bio-Rad公司);BX53型顯微鏡(日本日立公司);KZ-Ⅱ型勻漿儀(北京Servicebio公司)。
1.3.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分組 將128只SD大鼠按照隨機(jī)數(shù)字表法分為假手術(shù)組、模型組、藏紅花素組、藏紅花素+脂多糖組[12],每組32只。
1.3.2模型制備方法
1.3.2.1藥物溶液配制 精確稱量400 mg藏紅花素溶解于100 mL生理鹽水中制備濃度為4 mg/mL的藏紅花素溶液;精確稱量10 mg脂多糖溶解于100 mL生理鹽水中制備濃度為0.1 mg/mL的脂多糖溶液,每天給藥前配制。
1.3.2.2模型制備前干預(yù) 模型制備前7 d開始,藏紅花素組通過腹腔注射藏紅花素溶液;藏紅花素+脂多糖組通過腹腔注射藏紅花素溶液、脂多糖溶液;假手術(shù)組和模型組通過腹腔注射生理鹽水。參照“人和動(dòng)物體表面積折算的等效劑量比率表”進(jìn)行換算,各組注射劑量均為5 mL/(kg·d),1次/d,連續(xù)干預(yù)7 d。
1.3.2.3動(dòng)物模型制備 末次給藥12 h后,模型組、藏紅花素組、藏紅花素+脂多糖組采用線栓法復(fù)制FCIR大鼠模型。該方法制備FCIR動(dòng)物模型病理生理特征與人臨床接近,并且不開顱、操作簡(jiǎn)便、重復(fù)性好,是缺血性腦卒中動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究的常用造模方法[13]。通過腹腔注射3%濃度的戊巴比妥鈉溶液(40 mg/kg)實(shí)施麻醉,取仰臥位固定,沿頸正中線切口、鈍性分離肌肉和結(jié)締組織,游離右側(cè)頸總動(dòng)脈和頸內(nèi)、頸外動(dòng)脈,動(dòng)脈夾夾閉頸總動(dòng)脈,結(jié)扎頸外動(dòng)脈,在頸外動(dòng)脈剪1個(gè)小口并插入線栓,繞過分叉處進(jìn)入頸內(nèi)動(dòng)脈至大腦中動(dòng)脈處,插入深度約18 mm,2 h后拔出線栓恢復(fù)血流再灌注,然后逐層縫合;假手術(shù)組暴露頸總、頸內(nèi)、頸外動(dòng)脈后,即逐層縫合。根據(jù)LONGA等[14]神經(jīng)功能評(píng)分評(píng)定造模是否成功。標(biāo)準(zhǔn)如下:無癥狀為0分;左側(cè)前肢彎曲、不能完全伸展為1分;行走時(shí)向左側(cè)轉(zhuǎn)圈為2分;行走時(shí)向左側(cè)跌倒為3分;不能行走或翻正反射消失為4分。Longa評(píng)分2~3分即可認(rèn)定造模成功。
1.4.1神經(jīng)功能缺失評(píng)分和腦梗死率測(cè)定 再灌注24 h后,各組分別采用隨機(jī)數(shù)字表法選擇8只大鼠,根據(jù)改良神經(jīng)功能缺損評(píng)分(modified neurological severity score,mNSS)評(píng)價(jià)大鼠神經(jīng)功能缺失程度[15]。評(píng)分越高表示神經(jīng)受損越嚴(yán)重。此外,通過腹腔注射3%濃度的戊巴比妥鈉溶液(40 mg/kg)實(shí)施麻醉,頸椎脫臼處死,取腦組織并去除小腦、低位腦干,沿冠狀面切成6片,置于2% TTC溶液中37 ℃避光染色30 min,每5 min翻轉(zhuǎn)切片1次。通過Image-Pro Plus 6.0圖像分析軟件計(jì)算梗死區(qū)域面積。
1.4.2腦含水量測(cè)定 再灌注24 h后,各組分別隨機(jī)另取8只大鼠,通過腹腔注射3%濃度的戊巴比妥鈉溶液(40 mg/kg)實(shí)施麻醉,頸椎脫臼處死,取腦組織并去除小腦、低位腦干后,稱質(zhì)量為濕質(zhì)量;置于110 ℃烘箱中烘干至恒質(zhì)量,即為干質(zhì)量。
1.4.3皮質(zhì)神經(jīng)元病理學(xué)改變和凋亡狀況觀察 各組分別隨機(jī)另取8只大鼠,通過腹腔注射3%濃度的戊巴比妥鈉溶液(40 mg/kg)實(shí)施麻醉,頸椎脫臼處死,取腦組織并去除小腦、低位腦干,置于4%多聚甲醛溶液中固定,經(jīng)脫水、石蠟包埋后制作5 μm厚度的石蠟切片。① 取部分切片經(jīng)脫蠟、透明處理后,按照試劑盒說明進(jìn)行蘇木精-伊紅染色法(hematoxylin-eosin staining,HE)染色,中性樹膠封片后通過顯微鏡觀察皮質(zhì)神經(jīng)元病理學(xué)改變。② 取部分切片,按試劑盒說明進(jìn)行TUNEL染色,50%甘油封片后通過顯微鏡觀察皮質(zhì)神經(jīng)元凋亡狀況(細(xì)胞核著黃褐色為凋亡細(xì)胞),每張切片取5個(gè)視野計(jì)算凋亡細(xì)胞數(shù),各組取平均值后計(jì)算凋亡細(xì)胞百分比,即為凋亡指數(shù)(apoptosis index,AI)。
1.4.4腦組織TNF-α、IL-1β、IL-6水平檢測(cè) 分別取各組剩余的8只大鼠,通過腹腔注射3%濃度的戊巴比妥鈉溶液(40 mg/kg)實(shí)施麻醉,頸椎脫臼處死,取腦組織并去除小腦、低位腦干,剪碎后加入裂解液,冰上研磨勻漿,3 500 r/min離心10 min取上清液,按照ELISA試劑盒說明進(jìn)行處理后,通過酶標(biāo)儀檢測(cè)TNF-α、IL-1β、IL-6水平。
1.4.5腦組織TLR4、NF-κB p65、p-NF-κB p65、IκBα、p-IκBα、Cleved Caspase-3、Bcl-2、Bax蛋白表達(dá)檢測(cè) 取“1.4.4”項(xiàng)制備的腦組織勻漿液,4 ℃,12 000 r/min離心30 min取上清液,通過BCA試劑盒檢測(cè)總蛋白濃度后,沸水浴10 min使蛋白變性,然后采用Western blot法檢測(cè)蛋白相對(duì)表達(dá)量。SDS-PAGE電泳分離蛋白、轉(zhuǎn)膜、5%脫脂奶粉封閉后,目標(biāo)蛋白和內(nèi)參(β-actin)一抗4 ℃孵育過夜,洗膜后加入二抗室溫孵育1 h,洗膜后加入ECL顯影,通過Image-Pro Plus 6.0圖像分析軟件分析條帶灰度值。
采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。計(jì)量資料符合正態(tài)分布,數(shù)據(jù)采用(xˉ±s)表示,多組間比較采用單因素方差分析,組間兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn)。P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
與假手術(shù)組比較,模型組大鼠mNSS評(píng)分、腦梗死率、腦含水量均明顯升高,差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);與模型組比較,藏紅花素組和藏紅花素+脂多糖組mNSS評(píng)分、腦梗死率、腦含水量均明顯降低,差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);與藏紅花素組比較,藏紅花素+脂多糖組mNSS評(píng)分、腦梗死率、腦含水量均明顯升高(P<0.05)。見圖1、表1。
表1 4組mNSS評(píng)分、腦梗死率和腦含水量比較(xˉ±s)Table 1 Comparison of mNSS score,cerebral infarction rate and brain water content in four groups (xˉ±s)
圖1 4組FCIR大鼠腦梗死情況比較Figure 1 Comparison of cerebral infarction of FCIR rats in four groups
假手術(shù)組大鼠皮質(zhì)神經(jīng)元形態(tài)正常、結(jié)構(gòu)完整;模型組大鼠皮質(zhì)神經(jīng)元可見排列紊亂、數(shù)量減少、空泡變性、胞漿固縮深染、核膜邊界不清、炎性細(xì)胞浸潤(rùn)等病理學(xué)改變。與模型組比較,藏紅花素組大鼠皮質(zhì)神經(jīng)元上述病理學(xué)改變明顯減輕;與藏紅花素組比較,藏紅花素+脂多糖組大鼠皮質(zhì)神經(jīng)元病理學(xué)改變明顯加重。見圖2。
圖2 4組皮質(zhì)神經(jīng)元病理學(xué)改變比較(HE,×200)Figure 2 Comparison of pathological changes of cortical neurons in four groups (HE, ×200)
與假手術(shù)組比較,模型組皮質(zhì)神經(jīng)元凋亡指數(shù)明顯升高(P<0.05);與模型組比較,藏紅花素組和藏紅花素+脂多糖組凋亡指數(shù)明顯降低(P<0.05);與藏紅花素組比較,藏紅花素+脂多糖組凋亡指數(shù)明顯升高(P<0.05)。見圖3、表2。
表2 4組皮質(zhì)神經(jīng)元AI比較(xˉ±s)Table 2 Comparison of AI of cortical neurons in four groups (xˉ±s)
圖3 4組皮質(zhì)神經(jīng)元凋亡比較(TUNEL,×200)Figure 3 Comparison of apoptosis of cortical neurons in four groups (TUNEL, ×200)
與假手術(shù)組比較,模型組TNF-α、IL-1β、IL-6水平明顯升高,差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);與模型組比較,藏紅花素組和藏紅花素+脂多糖組TNF-α、IL-1β、IL-6水平均明顯降低,差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);與藏紅花素組比較,藏紅花素+脂多糖組TNF-α、IL-1β、IL-6水平均明顯升高,差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見表3。
表3 4組腦組織TNF-α、IL-1β和IL-6水平比較(xˉ±s)Table 3 Comparison of levels of TNF-α,IL-1β and IL-6 in brain tissue in four groups (xˉ±s)
與假手術(shù)組比較,模型組TLR4、p-NF-κB p65、p-IκBα相對(duì)表達(dá)量及p-NF-κB p65/NF-κB p65、p-IκBα/IκBα表達(dá)比值均明顯升高(P<0.05);與模型組比較,藏紅花素組和藏紅花素+脂多糖組TLR4、p-NF-κB p65、p-IκBα相對(duì)表達(dá)量及p-NF-κB p65/NF-κB p65、p-IκBα/IκBα表達(dá)比值均明顯降低(P<0.05);與藏紅花素組比較,藏紅花素+脂多糖組TLR4、p-NF-κB p65、p-IκBα相對(duì)表達(dá)量及p-NFκB p65/NF-κB p65、p-IκBα/IκBα表達(dá)比值均明顯升高(P<0.05)。見圖4、表4。
圖4 4組大鼠腦組織TLR4、NF-κB p65、p-NF-κB p65、IκBα和p-IκBα蛋白表達(dá)比較Figure 4 Comparison of the expression of TLR4, NF-κB p65, p-NF-κB p65, IκBα and p-IκBα proteins in the brain tissue in four groups
表4 4組大鼠腦組織TLR4、NF-κB p65、p-NF-κB p65、IκBα、p-IκBα蛋白表達(dá)及p-NF-κB p65/NF-κB p65、p-IκBα/IκBα表達(dá)比值比較(xˉ±s)Table 4 Comparison of the expressions of TLR4,NF-κB p65,p-NF-κB p65,IκBα,p-IκBα proteins and the ratio of p-NF-κB p65/NF-κB p65,p-IκBα/IκBα in the brain tissue in four groups (xˉ±s)
與假手術(shù)組比較,模型組Cleved Caspase-3、Bax相對(duì)表達(dá)量和Bax/Bcl-2表達(dá)比值明顯升高,Bcl-2相對(duì)表達(dá)量明顯降低(P<0.05);與模型組比較,藏紅花素組和藏紅花素+脂多糖組Cleved Caspase-3、Bax相對(duì)表達(dá)量和Bax/Bcl-2表達(dá)比值明顯降低,Bcl-2相對(duì)表達(dá)量明顯升高(P<0.05);與藏紅花素組比較,藏紅花素+脂多糖組Cleved Caspase-3、Bax相對(duì)表達(dá)量和Bax/Bcl-2表達(dá)比值明顯升高,Bcl-2相對(duì)表達(dá)量明顯降低(P<0.05)。見圖5、表5。
圖5 4組腦組織Cleved Caspase-3、Bcl-2和Bax蛋白表達(dá)比較Figure 5 Comparison of the expression of Cleved Caspase-3, Bcl-2 and Bax proteins in the brain tissue in four groups
表5 4組腦組織Cleved Caspase-3、Bcl-2、Bax蛋白表達(dá)及Bax/Bcl-2表達(dá)比值比較(xˉ±s)Table 5 Comparison of the expression of Cleved Caspase-3,Bcl-2,Bax proteins and the ratio of Bax/Bcl-2 in the brain tissue in four groups (xˉ±s)
本研究結(jié)果顯示,F(xiàn)CIR模型大鼠mNSS評(píng)分、腦梗死率、腦含水量較假手術(shù)組明顯升高,皮質(zhì)神經(jīng)元呈現(xiàn)排列紊亂、數(shù)量減少、空泡變性、胞漿固縮深染、核膜邊界不清、炎細(xì)胞浸潤(rùn)等病理學(xué)改變,這與鞏子漢等[16]研究結(jié)果相似。這提示FCIR過程導(dǎo)致神經(jīng)功能受損和皮質(zhì)神經(jīng)元病理改變。與模型組比較,藏紅花素預(yù)處理能夠明顯降低FCIR大鼠mNSS評(píng)分、腦梗死率和腦含水量,明顯改善皮質(zhì)神經(jīng)元病理學(xué)改變,這提示藏紅花素對(duì)FCIR大鼠神經(jīng)功能和皮質(zhì)神經(jīng)元具有保護(hù)作用,與溫彬等[11]研究顯示藏紅花素能夠減輕全腦缺血再灌注大鼠神經(jīng)功能和腦組織病理改變的結(jié)果相似。這可能與以下因素有關(guān):① FCIR可激活小膠質(zhì)細(xì)胞分泌TNFα、IL-1β、IL-6等炎癥因子,從而誘發(fā)炎癥反應(yīng),并且TNF-α趨化其他炎癥因子釋放而加重炎癥反應(yīng)損傷,IL-1β則能夠刺激內(nèi)皮細(xì)胞上調(diào)表達(dá)黏附分子而促進(jìn)炎細(xì)胞浸潤(rùn)[17-18]。藏紅花素具有較好的抗炎活性[8-9],能夠明顯降低FCIR大鼠腦組織TNF-α、IL-1β、IL-6水平,抑制FCIR大鼠腦炎癥反應(yīng),從而改善FCIR大鼠神經(jīng)功能。② FCIR可誘發(fā)神經(jīng)元凋亡,皮質(zhì)神經(jīng)元凋亡是FCIR損傷進(jìn)行性加重的重要因素。Bcl-2和Bax定位于線粒體膜,Cleaved Caspase-3通過破壞結(jié)構(gòu)蛋白、膜蛋白、核酸等分子結(jié)構(gòu)而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[19]。藏紅花素預(yù)處理能夠抑制FCIR大鼠腦組織Bcl-2表達(dá)下調(diào)和Bax、Cleaved Caspase-3表達(dá)上調(diào),使Bax/Bcl-2比值降低。Bax能夠激發(fā)線粒體膜通透性轉(zhuǎn)變孔道開放促使細(xì)胞色素C(Cyt C)進(jìn)入細(xì)胞質(zhì),誘導(dǎo)Caspase-3活化;Bcl-2與Bax形成無活性的異源二聚體,從而對(duì)FCIR大鼠皮質(zhì)神經(jīng)元凋亡起到抑制作用。這與江冉冉等[20-22]研究結(jié)果相似。
本研究結(jié)果顯示,與假手術(shù)組比較,模型組腦組織TLR4表達(dá)量和NF-κB p65、IκBα磷酸化(p-NF-κB p65/NF-κB p65、p-IκBα/IκBα)水平明顯升高,這提示FCIR誘導(dǎo)TLR4表達(dá)上調(diào)和NF-κB p65、IκBα磷酸化。與模型組比較,藏紅花素組腦組織TLR4表達(dá)量和NF-κB p65、IκBα磷酸化水平明顯降低,這提示藏紅花素對(duì)FCIR大鼠神經(jīng)保護(hù)作用可能與調(diào)節(jié)TLR4/NF-κB通路有關(guān)。這可能與以下因素有關(guān):TLR4是一種模式識(shí)別受體,主要在腦神經(jīng)系統(tǒng)小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)。NF-κB在生理狀態(tài)下以無活性的“p65/p50-IκBα”聚合態(tài)形式存在。研究表明,TLR4能夠誘導(dǎo)IκBα和NF-κB p65亞基磷酸化,促使“p65/p50-IκBα”聚合態(tài)解離,游離態(tài)p-NFκB p65核轉(zhuǎn)位后能夠與DNA結(jié)合而誘導(dǎo)TNF-α、IL-1β、IL-6等炎癥因子轉(zhuǎn)錄表達(dá)[23-24],p-NF-κB p65能夠調(diào)控Bcl-2、Bax表達(dá)而促進(jìn)細(xì)胞凋亡[25]。藏紅花素抑制FCIR大鼠腦炎癥反應(yīng)和神經(jīng)元凋亡的作用機(jī)制可能與抑制TLR4/NF-κB通路活化有關(guān)。這與CHEN等[6]研究結(jié)論相似。為了驗(yàn)證上述推論,本實(shí)驗(yàn)設(shè)置了藏紅花素+脂多糖(TLR4激活劑)組,研究結(jié)果顯示,脂多糖能夠明顯逆轉(zhuǎn)藏紅花素對(duì)FCIR大鼠腦組織TLR4表達(dá)和NF-κB p65、IκBα磷酸化的調(diào)控作用,逆轉(zhuǎn)藏紅花素對(duì)FCIR大鼠神經(jīng)功能、腦炎癥反應(yīng)、皮質(zhì)神經(jīng)元病理變化和凋亡的影響,進(jìn)一步證實(shí)了藏紅花素對(duì)FCIR大鼠的保護(hù)作用與其抑制TLR4/NF-κB通路活化有關(guān)。
藏紅花素能夠抑制FCIR大鼠炎癥反應(yīng)和皮質(zhì)神經(jīng)元凋亡,減輕皮質(zhì)神經(jīng)元損傷,作用機(jī)制可能與抑制TLR4/NF-κB通路活化有關(guān)。本研究結(jié)果為藏紅花素防治FCIR損傷提供了理論支持。