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编号:10211836
大鼠脑挫伤后组织学及Bax/Bcl-2表达的研究
http://www.100md.com 法医学杂志 2000年第4期第16卷 论著
     作者:陈龙 陈忆九 李中

    单位:陈龙(复旦大学基础医学院法医学教研室,上海200032);陈忆九(司法部司法鉴定科学技术研究所,上海200063);李中(复旦大学基础医学院法医学教研室,上海200032)

    关键词:脑挫伤;损伤时间;凋亡;Bax;Bcl-2;免疫组织化学;组织学

    法医学杂志000408

    [摘要]采用自制大鼠右顶叶局灶性脑挫伤模型,进行组织学和Bax/Bcl-2的免疫组织化学法研究。结果发现:伤后12h~24h,挫伤灶周围神经细胞和星形胶质细胞形态学发生改变,白细胞附壁和游出;伤后4d,挫伤灶周围出现大量的泡沫细胞和核大而深染的星形胶质细胞;8~10d,挫伤灶处形成软化灶;12~14d,挫伤灶愈合变成胶质细胞结节,或者变成囊状,可见大量的星型胶质细胞及新生毛细血管,可见含铁血黄素颗粒沉积。Bax/Bcl-2表达水平与伤后经历时间有一定相关性。
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    [中图分类号]DF795.1[文献标识码]A[文章编号]1004-5619(2000)04-0211-03

    Study on histology and the expression of Bax and Bcl- 2 after cerebral contusion in rats

    Chen Long

    (Department of Forensic Medicine, Medical Center of Fudan University Shanghai 200032;)

    To set up the experimental model of focal cerebral contusions in rats,and to study the histology and the expression of Bax and Bcl- 2 after cerebral catusions.It was found that neurons and astrocytes around the wound area were changed morphologically and that polymorphonuclear leucocytes were present at 12- 24h after injury. A lot of foamy cells and astrocytes having a big dark nucleus appeared around the wound area on the 4th day after injury. On the 8- 10th day, liquefaction necrosis was seen in areas of contusions. On the 12- 14th day, the contusion focus healed up and became cystiform or glial node. Meantime, lots of astrocytes, capillary vessel and hemosiderin were observed. The expression of Bax and Bcl- 2 increased after injury. There existed a relationship between increased Bax/Bcl- 2 and different intervals after brain injury.
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    Key words: cerebral contusion, timing of injury, apoptosis, bax, bcl- 2, immunohistochemistry, histology

    脑损伤经历时间的推断,在法医学中占有重要地位,至今尚未圆满解决。脑损伤后,脑组织可发生形态学改变,也可发生细胞代谢、细胞生长因子及基因表达等方面的改变。利用这些改变推断脑损伤经历时间,具有重要的法医学意义[1]。本文采用自制自由落体撞击法致大鼠脑挫伤模型装置,造成右顶叶局灶性脑挫伤,于不同时间段处死大鼠,进行组织学和Bax蛋白(Bcl associate X protein)及Bcl-2蛋白的免疫组织化学法研究,以观察他们在脑挫伤局部及其周围的分布情况,探讨其与损伤经历时间的关系。

    1 材料与方法

    1.1 实验动物分组和脑挫伤模型制备
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    1.1.1 动物分组

    58只健康雄性Sprague-Dawley大鼠,体重200±20g,适应性喂养3d后,随机分成正常对照组(2只)、假损伤组(2只)、死后损伤组(2只)及脑损伤组(伤后即刻,1h,3h,6h,12h,24h,2d,4d,6d,8d,10d,12d和14d共13组,每组4只)。

    1.1.2 脑损伤模型制备

    参照文献[2-4]自制自由落体撞击法致大鼠脑挫伤模型装置。2%戊巴比妥钠按40mg/kg剂量腹腔内注射麻醉,头部剪毛、消毒,于头皮正中切开头皮2cm,剥离右侧颅顶骨膜,用牙科钻于冠状缝后及中线旁钻一直径为6mm骨窗,暴露硬脑膜并保持其完整,用自由落体装置撞击硬脑膜。即50g砝码从15cm高处坠落,撞击于硬脑膜外的圆柱体(Ф5mm),以圆柱体下降小于2mm为限,冲击力大小为750g/cm。记录打击时间,骨膜封闭骨窗,缝合头皮。正常对照组大鼠不作任何手术处理;假损伤组仅切开头皮、右顶开骨窗,不致脑损伤;死后组为死后15min开骨窗、致脑损伤;脑损伤组致伤后,分别于上述时间段颈椎脱臼、断头处死。
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    1.2 组织及切片处理

    大鼠处死后,立即取出整个脑组织,沿挫伤灶中央作冠状切面取材,厚约3mm,4%多聚甲醛-0.1mol/LPBS(pH7.3),4℃固定16~20h,常规脱水、透明、浸蜡、包埋及切片。

    1.3 主要试剂

    Bax及Bcl-2免疫组织化学染色试剂盒(Boster生物工程公司,其中兔抗Bax基因抗原和山羊抗Bcl-2基因抗原均为美国Santa Cruz公司产品)。DAB显色试剂盒(Boster生物工程公司)。

    1.4 方法

    1.4.1 HE染色

    石蜡切片,常规HE染色。

    1.4.2 Bax及Bcl-2免疫组织化学染色
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    染色步骤按试剂盒说明书进行。其中,在滴加封闭血清和一抗前,需先进行微波修复抗原(切片浸入0.5mol/L,pH7.4PBS缓冲液,微波炉加热至96~100℃,持续20~30min;冷却后滴加抗原修复液,室温10min)。

    2 结果

    2.1 肉眼观

    创伤即刻,脑挫伤局部蛛网膜下腔出血,脑组织挫碎、出血。4d后,挫伤局部开始逐渐软化、液化。6~8d后,挫伤局部形成软化灶,并逐渐变成囊状,囊壁光滑,囊内含黄色透明液体。

    2.2 HE染色组织学观察

    创伤即刻,挫伤局部蛛网膜下腔出血,脑组织呈多灶性小挫伤。伤后1~6h,挫伤灶周围小血管及毛细血管扩张、淤血,组织水肿;神经细胞和胶质细胞肿胀,胞核着色浅淡,部分神经细胞核深染。伤后12h,挫伤灶周围神经细胞皱缩、胞核固缩,尼氏小体消失,胞浆呈嗜伊红染色;星形胶质细胞肿胀,胞核固缩、碎裂或溶解;可见白细胞附壁和游出,挫伤区散在分布少量中性白细胞和巨噬细胞。伤后24h,挫伤灶周围出现小胶质细胞。伤后2d,挫伤灶局部间质开始崩解,脑组织开始软化,细胞数目较少,主要为散在分布的巨噬细胞和小胶质细胞。伤后4d,挫伤灶内神经细胞消失,其周围出现大量泡沫细胞及核大而深染的星形胶质细胞。8~10d,挫伤灶处形成软化灶。伤后12~14d,挫伤灶愈合变成胶质细胞结节,或成囊状,可见大量的星型胶质细胞及新生毛细血管,部分胞浆内可见含铁血黄素颗粒。
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    2.3 Bax免疫组织化学染色

    创伤即刻~1h,未见明显Bax阳性着色细胞;3h,挫伤灶周围细胞(主要为胶质细胞)胞浆中开始出现较浅淡的Bax阳性着色;6h~24h,挫伤灶周围细胞胞浆中Bax阳性着色颗粒增多,但此时间段之间比较没有明显差别;2d~4d,挫伤灶周围Bax阳性着色的细胞数以及胞浆中阳性着色颗粒均显著增多,明显高于其他组别;6d~14d,挫伤灶周围阳性着色的细胞数以及胞浆中阳性着色颗粒均显著减少,挫伤愈合区内尚存少量弱阳性着色细胞,间质内亦见浅淡的Bax着色。

    2.4 Bcl-2免疫组织化学染色

    创伤即刻,未见明显Bcl-2阳性着色细胞;1h,挫伤灶周围细胞(主要为胶质细胞)胞浆及核膜周围开始出现较浅淡的Bcl-2阳性着色;3h~6h,挫伤灶周围细胞胞浆中开始出现较显著的Bcl-2阳性着色;12h~24h后,挫伤灶周围细胞胞浆中Bcl-2阳性着色显著变淡;2d~14d,愈合的挫伤灶内和挫伤灶周围细胞胞浆中Bcl-2阳性着色浅淡,接近挫伤后1h水平。所设置正常对照组、假损伤组及死后组均未见明显阳性着色。Bax和Bcl-2免疫组织化学染色结果及其与损伤经历时间的关系见图1。
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    图1 Bax和Bcl-2免疫组化染色结果及与损伤时间的关系

    3 讨论

    3.1 脑挫伤的组织学变化与损伤经历时间的推断

    运用脑损伤后的组织形态学改变推断损伤经历时间被视为最经典的方法[5],因为它具有良好的客观性和稳定性。本文较系统地动态观察了大鼠脑挫伤创伤即刻至伤后14d的组织形态学变化。其中,损伤早期变化与文献[3]报道一致。实验结果可粗略地用于推断脑损伤经历时间。

    3.2 凋亡基因蛋白Bax和Bcl-2的表达及其与损伤经历时间的关系

    研究证实轻中度短暂性局灶性脑缺血损伤所致的细胞迟发性死亡是凋亡(Apoptosis),而重度脑缺血损伤的细胞死亡是坏死(Necrosis)。随着分子生物学和脑损伤研究的进展,将逐步明确脑损伤时各种基因产物在神经细胞变性、坏死、修复中的意义。已有报道脑损伤后与细胞坏死或凋亡相关的基因、阻断细胞死亡的相关基因[6]
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    凋亡相关基因bax编码Bax蛋白(21kD),可与Bcl-2蛋白(25kD)形成异二聚体,从而使Bcl-2蛋白失活,抑制Bcl-2的作用,促进各种因素所导致的细胞死亡;Bcl-2是最早发现的抗凋亡基因,通过阻止细胞凋亡的早期环节发挥作用,可阻止或降低细胞皱缩、染色质浓缩和DNA降解,从而阻止各种刺激所导致的细胞死亡。可见Bax基因虽为Bcl-2基因家族(bcl-2,bcl-x,bax,mcl-1,A1,bad,bak,bag-1)的成员,但功能与Bcl-2相反。两者联合表达可使细胞发生凋亡。Bax蛋白与Bcl-2+Bcl-x蛋白的比值决定细胞受刺激后是凋亡还是存活,Bax蛋白占优时细胞凋亡,Bcl-2+Bcl-x占优时细胞存活[7-9]

    脑损伤后,Bcl-2蛋白作为抗氧化因子,减少自由基产生,阻止脂质过氧化,增加还原性辅酶Ⅰ和谷光甘肽,使细胞对缺氧有更强的耐受性,阻止细胞死亡[8]。1995年,RinkA证实在创伤性脑损伤后存在细胞凋亡。Strass KI等[10]研究了液压性脑损伤后Bcl-x和Bax mRNA的表达,发现伤后7d损伤皮层Bax免疫反应性升高,而Bcl-x在伤后6h即降低,结果表明Bcl-xmRNA下调和Bcl-x蛋白水平下降,即凋亡抑制因子的降解并危及细胞生存;后期Bax mRNA上调和Bax蛋白水平升高,即凋亡促进因子的上调与细胞凋亡有关。本文应用免疫组织化学方法检测Bcl-2和Bax基因蛋白在不同时程脑挫伤组织中的表达,发现这两种凋亡基因蛋白的动态表达趋势与前述文献一致,并与脑挫伤经历时间有一定相关性。其中,Bax蛋白在损伤3h开始表达,24h后明显增多,2d后达高峰,4d后开始下降;而Bcl-2蛋白在损伤1h开始表达,伤后6h达高峰,以后下降,至2d后明显下降。此外,文献报道bax基因表达分布峰最接近坏死区,而Bcl-2基因表达峰主要位于周围反应区[11]。本研究亦有类似发现。
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    综上所述,笔者认为Bcl-2和Bax基因蛋白可作为鉴别脑挫伤之死前伤和死后伤及推断脑挫伤经历时间的参考指标。

    参 考 文 献 :

    [1]张益鹄主编.法医病理学理论与实践[M].第1版.湖北科学技术出版社,1996,88-92.

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    [3]周高举.实验性脑挫伤后神经元和星型胶质细胞反应的时间性变化[J].中国法医学杂志,1998,13(1):7-11.

    [4]柯以铨,陈长才,徐如祥.脑损伤急性期脑微血管5-羟色胺、多巴胺含量变化与外伤性脑水肿的关系[J].中华创伤杂志,1996,12(2):84-86.
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    [5]王慧君.脑损伤时间推断研究新进展[J].中国法医学杂志,1999,14(4):250-252.

    [6]倪春鸿.脑损伤分子生物学研究进展[J].国外医学神经病学神经外科学分册,1997,24(5):232-234.

    [7] Nakamura M,Raghupathi R,Merry DE,et al. Overexpression of Bcl- 2 is neuroprotective after experimental brain injury in transgenic mice[J].J Comp Neurol, 1999,412(4):681- 692.

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    [9]乌仁,陈忆九.细胞凋亡与心肌缺血再灌注损伤研究现状[J].法医学杂志,1999,15(1):57-59.

    [10] Strass KI, Raghupaghi R, Krajewski S, et al. Apoptosis- related genes are modulated in a rat model of traumatic brain injury[J].J Neurotrauma,1996,13:620.

    [11]陈惟昌,邱红霞,王自强,等.大鼠局灶性脑梗塞血管构筑及基因表达的定量图像分析[J].中国体视学与图像分析,1999,4(3):129-133.

    (收 稿 日 期 : 2000- 05- 09), 百拇医药