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编号:10253573
点燃鼠痫性发作对神经元凋亡的影响
http://www.100md.com 《临床神经病学杂志》 2000年第2期
     作者:史东葵 晏 勇 王学峰

    单位:史东葵(研究生)现在广州市广东武警总队医院;晏 勇 王学峰(400016重庆医科大学附属第一医院神经内科)

    关键词:点燃鼠;痫性发作;神经元凋亡

    临床神经病学杂志000204 【摘要】 目的 观察点燃大鼠痫性发作对神经元凋亡的影响。方法 用IS-II型智能刺激仪点燃大鼠致痫性反复发作,并用原位末端标记染色法显示点燃后不同时期的凋亡细胞。结果 发现痫性发作后海马、杏仁核、大脑皮质、丘脑、小脑神经元凋亡明显增多。其海马CA3、CA1区凋亡细胞在24小时最多,且持续3周以上。结论 痫性发作可使痫灶局部和远隔痫灶的神经元凋亡,此可能与顽固性癫痫的成因有关。

    Effect of neuronal apoptosis after seizures of rats induced by kindling Shi Dongkui,Yan Yong,Wang Xuefeng.Department of Neurology,First Affiliated Hospital of Chongqing Medical University,Chongqing 400016
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    【Abstract】 Objective To observe the effect of neuronal apoptosis after seizures of rats induced by kindling.Methods Seizures of rats were induced by kindling with IS-II type intellectual stimulator.The neuronal apoptosis of different period after kindling was showed with in-situs TdT-mediated dUTP nick end labeling(TUNEL).Results After seizures the number of neuronal apoptosis cells(NNACs) in the hippocampus, the amygdala,the cerebral cortex,the thalamus and the cerebellum increased remarkable.The number of NNACs in the hippocampus CA3 and CA1 areas was the most remarkable at 24h and could last more than 3 weeks.Conclusion Seizure could result in the neuronal apoptosis in ictal location and distant area.It might relate to the cause of refractory epilepsy.
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    【Key words】 Kindling rat Seizure Neuronal apoptosis

    顽固性癫痫的成因非常复杂,发作诱使脑内神经递质释放,多种基因表达变化,影响细胞间跨膜信息的正常传递是主要因素之一。在神经系统中对神经元的生长、发育、成熟、分化以及神经组织的重塑都有重要功能的神经元凋亡可能起着重要作用[1]。为了解其价值,我们利用电刺激点燃癫痫鼠模型,观察痫性发作对神经元凋亡的影响。现报告如下。

    1 材料与方法

    1.1 材料及分组 64只雄性Wistar大鼠,体重200~250 g。随机分为实验组和对照组。实验组分海马点燃组、杏仁核点燃组。对照组分手术对照组(常规手术不埋电极)、手术非刺激组(右海马埋电极不刺激),每组分别为32、16、8、8只大鼠。

    1.2 方法
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    1.2.1 点燃方法 海马点燃组用大脑立体定位仪在右侧海马放置电极(前囱后3.6 mm,中线右4.9 mm,颅骨表面下5.0 mm);杏仁核点燃组在右侧杏仁核埋植电极(前囱后1 mm,中线右5.25 mm,颅骨表面下8.5 mm);手术非刺激组放置电极方法与海马点燃组相同。手术对照组常规手术但不埋电极,不刺激。点燃组均用IS-II型智能仪和隔离器(中国科学院上海生理研究所生产),以方波160只、电脉冲串长周期 10秒、串间隔5~7分钟、电流强度200~600 μA进行电刺激。痫性行为按Racine法分为I级: 湿狗样颤动,面肌抽动、咀嚼;Ⅱ级:节律性点头;Ⅲ级:前肢阵挛;Ⅳ级:站立伴前肢阵挛;Ⅴ级:失平衡、倾倒、四肢抽动、全身阵挛。Ⅳ级以上痫性发作为模拟人类癫痫大发作,诱发痫性行为Ⅳ级以上记为点燃,总点燃次数达40次后终止电刺激。点燃后24小时、4、7、21天分别处死大鼠,观察点燃后不同时期神经元凋亡的动态变化。

    1.2.2 标本处理 海马点燃组及杏仁核点燃组在点燃后24小时各取15只大鼠制作标本,海马点燃组另17只分别在点燃后第4天(6只)、7天(6只)、21天(5只)制作标本。用2%巴比妥钠按40 mg/kg麻醉动物,开胸,导管插入升主动脉,灌入含肝素5万单位/L的冰冷生理盐水100 ml及4%多聚甲醛300 ml,尔后断头取脑,浸入4% 多聚甲醛液中,固定24小时,常规制成蜡块保存。大脑冠状切片,经二甲苯脱蜡,梯度酒精入水,蛋白酶K消化,0.3%H202甲醇液和0.1%TritonX-100处理,加入TUNEL反应混合液及辣根过氧化物酶(POD)标记的抗荧光素抗体(德国宝灵曼公司),二甲基联苯胺(DAB-0.3%H202)显色,苏木素复染,酒精脱水,二甲苯透明,中性树胶封固。
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    1.2.3 凋亡神经元检测 将测微格叠映测定区域,400倍镜下测微格边长12.5 μm,分别观察海马、杏仁核、丘脑、大脑皮质、小脑的凋亡神经元,其特征为神经元核被染成棕褐色,染色质聚集核周呈新月形或块状小体及核固缩的凋亡小体。海马神经元凋亡数以cells/mm 表示 , 脑皮质、丘脑、杏仁核、小脑神经元凋亡数以cells/0.25 mm2表示。

    1.2.4 统计学处理 多组两两比较采用q(Newman-Keuls法)检验,两组比较用t检验。

    2 结 果

    海马点燃组和杏仁核点燃组,经电刺激全部出现痫性行为,并随着电刺激次数和电流强度的增加,大鼠的痫性行为级数亦增加。两点燃组均在数小时内首次点燃。海马、杏仁核、丘脑、脑皮质、小脑都有神经元凋亡,但海马点燃组与杏仁核点燃组比手术对照组、手术非刺激组明显增多(P<0.05)。手术对照组与手术非刺激组无显著差别(见表1)。
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    表1 点燃后24小时4组不同脑区神经元凋亡的比较(±s,cells/0.25 mm2)

    大脑皮质

    丘脑

    杏仁核

    小脑

    海马点燃组

    (n=15)

    48.00±10.27*

    44.81±4.49*

    32.20±7.26*
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    29.80±3.19*

    杏仁核点燃组

    (n=15)

    47.75±5.44*

    43.52±10.02*

    50.50±2.38*

    32.50±4.80*

    手术对照组

    (n=8)

    3.00±0.82

, 百拇医药     3.25±0.50

    4.25±0.51

    3.75±0.49

    手术非刺激组

    (n=8)

    5.50±1.21

    4.75±0.96

    5.75±1.71

    6.50±1.73

    实验组与对照组比*P<0.05

    海马点燃组神经元凋亡以大脑皮质最为显著,杏仁核点燃组则以杏仁核明显。小脑神经元凋亡以颗粒细胞为主,也有少量Purkinje 细胞凋亡。海马点燃组发作后24小时神经元凋亡CA1和CA3区分别为34±8.6、54.6±5.59,CA3区与CA1区比较有显著差异(P<0.01)。在对海马神经元凋亡的动态观察中发现凋亡在 2 4 小时达高峰,4天后逐渐减少(P<0.01),见表2。
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    表2 海马点燃组神经元凋亡的动态变化(±s,cells/mm)

    CA1

    CA3

    点燃后24小时(n=15)

    34.0±8.60

    54.6±5.59*

    4天(n=6)

    21.0±2.24Δ

    41.8±3.96
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    7天(n=6)

    19.0±2.24Δ

    40.8±3.96

    21天(n=5)

    12.6±1.67Δ

    31.2±3.03

    与CA1区比较*P<0.01,与点燃后24小时比较ΔP<0.01

    3 讨 论

    90年代以来,癫痫发作对脑部超微结构的影响已成为癫痫病学研究中一个令人鼓舞的、富有挑战性的新领域,有研究发现癫痫发作能引起脑内神经递质及神经调质的释放,影响细胞间跨膜信息的正常传递,使多种神经生长因子和营养因子的mRNA表达增强,促使包括脑神经元凋亡在内的神经元死亡。这些变化对脑内神经元的重塑、信息物质作用的发挥乃至整个脑部功能都有明显的影响,并在癫痫的发生和发展中起着重要的作用[1~10]。了解癫痫发作与神经元凋亡的关系将有助于进一步揭示癫痫的发病机理,为开辟新的防治、干预途径、改善癫痫的预后提供一条重要的途径。
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    3.1 痫性发作对神经元凋亡的影响 凋亡是机体的基本生理功能,存在于生命的全过程,是维持机体正常生理功能和自身稳定的重要机理,生理状态下的凋亡在病理情况下加剧是促使某些疾病进一步发生、发展的重要因素[2,3]。本研究结果显示点燃海马或杏仁核不仅能在海马、杏仁核,而且能在远离刺激部位的大脑皮质、丘脑、小脑等部位加剧神经元的凋亡。手术对照组与手术非刺激组之间无显著差异(P>0.05),而与点燃组差异显著(P<0.05),表明这种神经元的凋亡与点燃发作有关。

    发作诱导神经元凋亡的原因不清楚。有文献表明神经元的凋亡受抗凋亡基因bcl-2、bcl-XL、Mcl-1 和促凋亡基因SGP-2、P53、TRPM-2、C-fos、C-jun的共同调节,还有人发现神经元的凋亡与过量钙离子、谷氨酸受体超敏和过度活化有关。痫性发作可以引起C-fos基因表达增强,并经基因极联反应带动一系列后续效应。癫痫发作时的钙超载和谷氨酸受体超敏也已被文献证实[7~10]。因而多种基因的相互作用可能是痫性发作促使这些神经元凋亡的原因。
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    3.2 痫性发作对小脑神经元凋亡的影响 小脑是内源性抗痫系统的一个重要组成部份,其对大脑皮质的痫性放电有抑制作用,电刺激小脑有明显的抗痫效应,并已成为治疗顽固性癫痫的重要手段[6]。本试验发现海马、杏仁核点燃可引起以颗粒细胞为主的小脑神经元凋亡和部分Purkinje细胞凋亡。颗粒细胞是兴奋性神经元,它与起抑制作用的Purkinje细胞、星形细胞、蓝细胞和高尔基氏细胞均有突触或纤维联系。颗粒细胞能使抑制性神经元兴奋,调节大脑兴奋灶的信息冲动。点燃或慢性癫痫发作使小脑颗粒细胞凋亡加速,减少了对抑制性神经元的兴奋,进行性削弱对大脑兴奋性信息冲动的调节,从而使痫性活动易于扩散,持续时间更长。

    3.3 海马易损区神经元凋亡 发作40次后24小时断头取脑作海马CA3和CA1区神经元凋亡比较,发现CA3区神经元凋亡最为突出。此与脑缺血主要造成CA1区神经元凋亡不同[11]。有报道CA3区苔藓纤维径路对痫性损伤异常敏感,可被突触前兴奋性海人酸(KA)受体强化,苔藓纤维对颗粒细胞兴奋性传导的投射有返馈作用,可促使痫性活动的增强[1,5,9]
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    3.4 痫性发作致神经元凋亡的动态观察 痫性发作致神经元凋亡的动态观察尚未见报道。本研究发现痫性发作40次后海马CA3、CA1区神经元凋亡在发作后24小时最多,4天后明显降低,但21天仍高于对照组。鉴于本试验采用同一种方法检测不同时期神经元凋亡的表现,因而可以表明海马神经元凋亡至少持续3周。痫性发作可能启动体内多种不同的机理:如强化CA3、CA1区神经元对N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)介导的反应、谷氨酸受体活化,自发性痫性活动启动了与神经元凋亡有关的基因级联反应等引发了神经元的延迟性损伤。这些迟发性神经元损伤的机理导致了正常神经元的逐渐凋亡和神经元长时程表型改变[7~10]。因而在癫痫防治中考虑到这种迟发性损伤的存在,有选择性地应用某些脑保护剂可能是有益的。

    参 考 文 献

    1 Lynch MW,Rutecki PA,Sutula TP,et al.The effects of seizures on the brain. Current Opinion in Neurology,1996,9:97
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    2 Carson DA, Ribeiro JM. Apoptosis and disease. Lancet,1993,341:1251

    3 Bonfoco E, Krainc D, Ankarcrona M, et al.Apoptosis and necrosis: two distinct events induced, respectively, by mild and intense insults with N-methyl-D-aspartate or nitric oxide/superoxide in cortical cell cultures. Proc-Natl-AcaSci-U.S.A, 1995,92:7126

    4 Gannon RL, Terrian DM. Presynaptic modulation of glutamate and dynorphin release by excitatory amino acids in the Guinea-pighippocampus. Neuroscience,1991,41:401
, http://www.100md.com
    5 Nitecka L, Tremblay E, Charton G, et al. Maturation of kainic acid seizure-brain damage syndrome in the rat. II Histopathological sequelae.Neuroscience,1984,13:1073

    6 Cooper IS, Crighel E, Amin I. Clinical and physiological effects of stimulation of the paleocerebellum in humans. J Am Geriatr Soc,1973,21:40

    7 Dragunow K, Young D, Hughes P, et al. Is C-Jun involve in nerve cell death following status epilepticus and hypoxic-ischemic brain injury? Brian Res,1993,20:179
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    8 Dragunow M, Preston K. The role of inducible transcription factors in apoptotic nerve cell death. Brain Rev Brain Res Rev,1995,21:1

    9 Wong P, Taillefer D, Lakins J, et al.Molecular characterization of human TRPM-2/clusterin, a gene associated with sperm maturation apoptosis and neurodegeneration.Eur J Biochem,1994,221:917

    10 Young D, Dragunow M. Non-NMDA glutamate receptors are involved in the maintenance of status epilepticus. Neuroreport,1993,5:81

    11 Macmanus JP, Buchan A, Hill S, et al. Global ischemia can cause DNA fragmentation inducative of apoptosis in rat brain. Neurosci Lett,1993,164:89

    (收稿1999-04-30 修回1999-07-17), 百拇医药