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编号:10214095
实验性脑血管痉挛中PKC活性表达及其意义
http://www.100md.com 《中国医科大学学报》 2000年第2期
     作者:陈铎 石玉秀 西泽茂 王成林

    单位:陈铎(中国医科大学第二临床学院神经外科,沈阳 110003);王成林(中国医科大学第二临床学院神经外科,沈阳 110003);石玉秀(中国医科大学组胚教研室);西泽茂(日本滨松医科大学脑神经外科)

    关键词:蛛网膜下腔出血;脑缺血,暂时性;蛋白激酶C

    中国医科大学学报000204 摘要 目的:探讨蛋白激酶C(PKC)在实验性蛛网膜下腔出血所致脑血管痉挛发生发展过程中的作用及意义。方法:采用成年犬枕大池二次注血法建立脑血管痉挛动物模型,通过非放射性同位素标记蛋白激酶测定法动态测定犬脑基底动脉平滑肌细胞PKC活性。结果:动态脑血管造影显示,实验组day 4组和day 7组基底动脉口径分别为正常对照组基底动脉口径的(73.8±3.4)%和(51.1±2.1)%,与对照组比较差异显著(P<0.01);day 4和day 7组均有膜PKC活性升高、胞浆PKC活性相应降低,与对照组比较day 4组无显著差异(P>0.05),day 7组差异显著(P<0.01),day 4和day 7组之间差异显著(P<0.01)。结论:脑血管痉挛过程中PKC被持续激活,并在脑血管痉挛病理发展过程中起关键作用。
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    The Role of Protein-kinase C in the Development of Vasospasm Caused by

    Experimental Subarachnoid Hemorrhage in Dogs

    Chen Duo, Shi Yuxiu, Shigeru Nishizawa, Wang Chenglin

    (Department of Neurosurgery, The Second Clinical College, China Medical University, Shenyang,110003)

    ABSTRACT Objective:To verify the role of protein-kinase C(PKC) in the development of vasospasm caused by subarachnoid hemorrhage (SAH) in dogs.Methods:The double hemorrhage canine models were established by injecting 3.0 ml/kg of autologous blood into the cisterna magna on day 1 and day 4 respectively, and PKC activity was measured in canine basilar artery with a nonradioisotopic protein kinase assay kit in various groups. Results:The vessel diameters in both day 4 and day 7 group decreased significantly compared with that of the control group after induction of SAH(P<0.01); membrane PKC activity increased with a reciprocal decrease in cytosolic PKC activity in the two groups. The change is significant(P<0.01) in day 7 group but not in day 4 group(P>0.05). Both vessel diameter and PKC activity differ significantly between day 4 and day 7 group (P<0.01).Conclusion:PKC activity was constantly activated under the condition of SAH. PKC as a calcium-sensitive phospholipid-dependent protein kinase might play a key role in the development of vasospasm after SAH.
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    KEY WORDS subarachnoid hemorrhage; cerebral ischemia, transient; protein kinase C

    蛛网膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)所致脑血管痉挛(cerebral vascular vasospasm,CVS)的病理生理发生机制目前尚不十分清楚,而做为细胞重要信息传递系统之一的信号分子蛋白激酶C (protein kinase C, PKC),在SAH所致CVS发生机制中以PKC介导的收缩机制受到人们的重视[1,2]。关于PKC活性在CVS中的动态变化及其意义国内未见报道。本实验采用犬二次枕大池注血法在成功建立CVS动物模型基础上,通过非放射性同位素标记蛋白激酶测定(A nonradioisotopic protein kinase assay kit)动态观察在CVS发展过程中犬脑基底动脉痉挛血管PKC活性变化,旨在阐述PKC介导的痉挛机制在CVS中的作用,为 临床 有效治疗CVS提供新的方法和依据。
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    1 材料与方法

    1.1 材料和试剂

    采用成年犬(日本滨松医科大学实验动物中心提供),雌雄不限,体重8~14 kg, PKC活性测定试剂盒(MESACUP assay kit, Medical & Biological laboratories. Nagoya 460, Japan), 蛋白定量测定试剂盒(PIERCE,Rockford,IL,USA)。实验中所有化学药品除特殊说明外均购自Sigma公司。

    1.2 方法

    1.2.1 动物模型建立:

    犬麻醉成功后,分别于第1天、第4天经枕大池穿刺注入未经肝素化的自体动脉血0.3 ml/kg,每次注血后将头低位30°约20 min,以利血液沉积于脑底动脉环周围。
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    1.2.2 实验分组:

    将犬22只随机分成A:椎动脉造影组(n=6)和B:PKC活性测定组(n=16)。PKC活性测定组包括①正常对照组(n=4):指枕大池第一次注血前(day 1)处死组;②实验组day 4组(n=6),指枕大池第一次注血后第3天、第二次注血前(day 4)处死组 ③实验组day 7组(n=6),指枕大池第一次注血后第6天即第二次注血后第3天(day 7)处死组。为不使造影剂中未知因素影响PKC活性,该组未行椎动脉造影。

    1.2.3 椎动脉造影:

    造影组犬麻醉成功后,气管插管,经股动脉插管,分别于枕大池第一次注血前(day 1)、第二次注血前(day 4)和第二次注血后第3天(day 7)行椎基底动脉造影。造影剂为iopamidole 300 (Schering.AG,Berlin,Germany),剂量为0.6 ml/kg,造影过程中监测血压,控制PCO2在5.1~5.6 kPa。
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    1.2.4 基底动脉口径测量:

    将造影片上每一条基底动脉分3等份,取每1份的中心点在显微镜下测量,然后取其平均数。规定对照组犬造影的基底动脉口径为100%,以实验组血管口径占对照组血管口径的百分数判定其痉挛程度,动脉口径91%~100%正常;81%~90%轻度痉挛;71%~80%中度痉挛;<70%为重度痉挛。

    1.2.5 犬处死方法及标本制备:

    按要求在不同时间,用苯巴比妥钠50 mg/kg快速静脉推注处死犬,迅速开颅取含有基底动脉全长的脑干及部分小脑组织,迅速浸入盛有PBS的冰浴烧杯中。PBS液(pH 7.4)含有Na+144.44 mmol/L,K+4.10 mmol/L,Cl-135.02 mmol/L,Ca2+1.01 mmol/L, Mg2+1.19 mmol/L,PO43-1.54 mmol/L,SO42-1.19 mmol/L, HEPES 24.90 mmol/L,glucose 10.0 mmol/L。显微镜下分离基底动脉,剪除表面蛛网膜及血管分支,显微注射器轻柔冲洗血管腔内血块,操作中注意对血管忌牵拉过重,迅速将标本放入液氮中2 min后,-80℃冰箱中冻存待测。以上操作均在冰浴的PBS液中进行。
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    1.2.6 PKC活性检测:

    分别将基底动脉和小脑组织标本在少量冰浴PBS液中剪碎、搅碎,250 g、4℃离心5 min,去上清;沉积部分加1 ml抽提液A(25 mmol/L Tris-HCl;2.0 mmol/L EGTA;50 mmol/L 2-mercaptoethanol;0.005% Leupeptin;0.25 mmol/L Sucrose; 1.0 mmol/L Phenylmethylsulfonyl fluoride, pH调至7.4),超声机粉碎,每次20s,共6次。再以100 000 g、4℃离心1 h,上清液为胞浆PKC部分,沉积部分加含0.1% Triton-X的抽提液A 1 ml, 4℃孵育1 h,每20 min振荡1次。再次100 000 g 4℃离心1 h, 上清液为胞膜PKC部分。

    PKC活性测定采用非放射性同位素蛋白激酶测定试剂盒,每个标本的蛋白含量测定采用Modified Lowry Protein Assay kit,PKC活性单位用pmol/μg.min-1
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    1.2.7 统计学处理:

    犬造影组动脉口径组内比较采用配对t检验;不同组间PKC活性比较采用非配对t检验。

    2 结果

    2.1 犬脑血管痉挛动物模型椎动脉造影动态观察及血管口径变化

    图1 基底动脉造影动态观察血管口径变化

    A. 对照组:枕大池第1次注血前(day 1), B. day4组:枕大池第2次注血前(day 4),C. day 7组:枕大池第1次注血后6 d

    Figure 1 Angiograms showing vasospasm in a two-hemorrhage caine model
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    A. the control group: the angiogram was taken before the first injection of 3 ml blood in the cisterna magna on day 1. B.day 4 group: the angiogram was taken three days after the first injection on day4 before the second injection. C. day 7 group: the angiogram was taken three days after the second injection on day 7

    经枕大池注血前、后不同时间椎动脉造影动态结果显示,实验组day 4组和day 7组与对照组比较均产生严重脑血管痉挛。Day 4组和day 7组基底动脉口径分别为(73.8±3.4)%和(51.1±2.1)%。(实验组基底动脉平均口径/对照组day 1基底动脉平均口径×100)。与对照组比较差异均显著(P<0.01)(图1)。
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    2.2 SAH所致CVS过程中不同时期胞浆与胞膜PKC活性动态变化

    随着痉挛程度的加重,基底动脉平滑肌细胞胞膜PKC活性逐渐升高,胞浆PKC活性相应降低,膜转移现象明显。与对照组比较,day 4组无显著差异(P>0.05),day 7组差异显著(P<0.01);day 4组与day 7组之间差异显著(P<0.01)。胞浆或胞膜PKC活性以占总PKC活性的百分比(±s)表示(表1)。

    表1 SAH所致CVS中不同时间胞浆与胞膜PKC

    活性动态变化

    Table 1 Chronological changes of PKC activity in the cytosol and membrane in the course of SAH 分组
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    胞浆PKC(%)

    胞膜PKC(%)

    对照组

    90.4±6.5

    9.6±2.1

    day 4组

    84.2±5.7

    15.8±2.9

    day 7组

    55.7±3.8

    44.3±3.2

    3 讨论
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    脑血管痉挛是蛛网膜下腔出血后最严重并发症之一,严重者可因脑缺血导致严重神经系统功能障碍,然而迟发性CVS发生机制尚不十分清楚,传统学说认为CVS发生发展过程中Ca2+介导的收缩机制起关键作用,即通过Ca2+-钙调蛋白(CaM)-肌球蛋白轻链激酶(MLCK)-肌球蛋白轻链(MLC)系统发挥作用。近几年来一些学者发现Ca2+介导的收缩机制只在CVS发生发展过程中起到启动作用,而在持续发展的CVS中不起作用[1,2],这也从一个方面解释了临床应用Ca2+拮抗剂治疗尚不能从根本上缓解CVS的原因 之一。随着对CVS的深入研究,已经有学者发现PKC介导的平滑肌收缩机制在CVS中起重要作用,并且通过动物体外实验已经证明应用PKC抑制剂能够完全缓解脑血管痉挛[1,2],PKC是一种Ca2+激活的磷脂依赖性蛋白激酶,它的激活能使迟发性收缩蛋白如Calponin和Caldesmon磷酸化,血管平滑肌分子间形成闩式横桥(Latch Crossbridge)产生持续性痉挛[3]
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    本实验通过枕大池二次注血法成功地建立起脑血管痉挛模型,并且通过动态脑血管造影显示,该方法使造影组动物全部产生较严重的脑血管痉挛,以蛛网膜下腔出血后第4~7天脑血管痉挛最严重,与临床症状时间窗相一致,说明该方法具有操作简单、可靠、效果确切、可重复性强等优点,特别适用于脑血管痉挛机制的研究。

    PKC被激活的显著特征是PKC发生膜转移现象[3],本实验结果显示在SAH第4~7天膜PKC活性明显升高,胞浆PKC活性相应下降,膜转移现象明显,与对照组比较差异显著,提示了PKC在SAH情况下被长期持续激活。造成PKC持续激活的原因目前认为主要是由于SAH情况下血管内皮严重受损,血管内皮舒张因子NO-CGMP系统与PKC系统之间维持血管舒缩的动态平衡破坏所致[4,5]。我们的实验结果还显示了膜PKC活性升高程度与脑血管痉挛程度有内在相关联系,说明PKC介导的收缩机制在CVS中起非常关键的作用。

    目前,应用PKC抑制剂治疗CVS仅限制在动物实验阶段,随着对PKC亚型以及核基因调控水平的不断深入研究,应用高选择性靶基因表达抑制剂治疗CVS将成为治疗脑血管痉挛新的途径和重要手段之一。
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    参考文献

    1,Fujikawa H, Tani E, Yamaural, et al. Activation of protein kinases in canine basilar artery in vasospasm. J Cereb Blood Flow Metab,1999,19:44-52

    2,Nishizawa S, Nezu N, Uemura K. Direct evidence for a key role of protein kinase C in the development of vasospasm after subarachnoid hemorrhage. J Neurosurg, 1992,76:635-639

    3,Nishizuka Y. The role of protein kinase C in cell surface signal transduction and tumor promotion. Nature. 1984, 308:693-698
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    4,Nishizawa S, Yamamoto S, Yokoyama T, et al. Chronological changes of arterial diameter,CGMP,and protein kinase C in the development of vasospasm. Stroke, 1995, 26:1916-1921

    5,Nishizawa S, Yokota N, Yokoyama T, et al. Obligatory roles of protein kinase C and nitric oxide in the regulation of cerebral vascular tone:An implication of a pathogenesis of vasospasm after subarachnoid hemorrhage. Acta Neurochir,1998, 140:1063-1068

    (1999-07-01收稿), 百拇医药