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编号:10253197
神经胶质生长因子促进受损周围神经功能恢复
http://www.100md.com 《中国矫形外科杂志》 2000年第9期
     作者:刘康 俞志明 陈隆恩

    单位:刘康(山西医科大学第一医院骨科,太原 030001);俞志明(山西医科大学病理系);陈隆恩(Department of Orthopaedics,Duke University Medical Center,Durham,NC 27710 USA)

    关键词:周围神经;挤压伤;步态分析;肌肉功能

    中国矫形外科杂志000914

    摘 要 目的 评价重组体人类神经胶质生长因子2(rhGGF2)对大鼠坐骨神经挤压伤后运动功能恢复的效果。方法:73只大鼠分3组。第1组(n=5)实施模拟挤压操作。第2组(n=34)、第3组(n=34),每只动物选一5mm长的坐骨神经段承受100g挤压2h。第3组为治疗组,rhGGF2 1mg/kg挤压后皮下注射,每日1次,连续4d。第2组用等量的载体治疗。通过计算坐骨神经功能指数(SFI)和测量趾长伸肌强直收缩力来评价神经运动功能恢复。结果:第3组神经在术后11~21d表现出显著的SFI改善。第3组肌肉收缩力强于第2组,从4~14d在70Hz,100Hz刺激下有显著性差异。组织学切片显示3组呈现较轻的轴突溃变和较早的神经再生。结论:rhGGF2治疗坐骨神经挤压伤能有效地促进神经再生,进而显著改善其功能的恢复。
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    中图分类号 R651.3 文献标识码 A

    文章编号 1005-8478(2000)09-0879-04

    Glial Growth Factor Accelerates Functional Recovery of Injured Peripheral Nerve

    LIU Kang,YU Zhi-ming,CHEN Long-en.

    (Department of Orthopaedics,The First Hospital of Shanxi Medical University Taiyuan,03001)

    Abstract Objective:To evaluate the effect of recombinant human glail growth factor Ⅱ(rhGGF2) on recovery of motor function of rat sciatic nerve following crush injury.Methods:73 rats were divided into three groups.A sham operation was performed in group Ⅰ(n=5).A 5-mm segment of sciatic nerve was subjected to a 100g crush load for 2 hours in groups Ⅱ (n=34) and Ⅲ (n=34).Group Ⅲ was treated with rhGGF2 (1mg/kg by subcutaneous injection after crush for four days),and group Ⅱ was given the same volume of vehicle,Motor functional recovery was assessed by calculating the sciatic functional index(SFI) and measuring tetanic contractile force of extensor digitorum longus (EDL).Results:Group Ⅲ exhibited a significant improvement of SFI on postoperative day 11 to 21 when compared to group Ⅱ.The EDL contractile force was generally stronger in group Ⅲ than in group Ⅱ,with a significant difference at 70 and 100 Hz stimulus frequencies from day 4 to 14.Histological sections of nerve revealed less axonal degeneration and earlier regeneration of nerve in group Ⅲ.Conclusion:Treatment with rhGGF2 is effective in promoting nerve regeneration,as a result,can significantly improve the functional recovery of rat sciatic nerve following crush injury.
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    Key words Peripheral nerve Crush injury Gait analysis Muscle function

    雪旺氏细胞(SCS)的良好功能对于受损周围神经的神经再生和功能恢复是非常重要的。它参与了再生轴突长入靶器官的过程以及再生轴突的髓鞘化。SCS细胞还是向周围神经提供营养支持的一个重要来源。

    神经胶质生长因子(GGFS)是从牛脑垂体中发现的一种可溶性多肽生长因子,可促进SCS的有丝分裂活动[1]。经纯化现有相同活性、分子量不同等3种构型,包括GGF1(139kDa),GGF2(142kDa),GGF3(152kDa)。GGFS已被证实在体外可以刺激SCS增生,但未见有对受损神经组织功能恢复的报道。本实验用重组人类神经胶质生长因子Ⅱ(rhGGF2)在大鼠坐骨神经挤压伤模型上进行治疗,观察它对神经运动功能恢复的效果。
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    1 材料及方法

    1.1手术步骤

    体重200~225g雌性S-D大鼠73只分为3组(见表1)。戊巴比妥腹腔麻醉(50mg/kg)。经臀部切开,分离左侧坐骨神经。用特制的挤压装置对5mm长的神经片段实施挤压。挤压区在胫腓神经分叉处的近端。术中用37℃生理盐水保持神经湿润。

    表1 动物分组和实验方法 组

    大鼠数量

    挤压负荷

    挤压时间

    试剂

    评 价 方 法

    12
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    3

    5

    34

    34

    100g

    100g

    2h

    2h

    载体

    rhGGF2

    步 态 分 析

    步态分析+组织学+肌力测定

    步态分析+组织学+肌力测定
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    1.2 rhGGF2的剂量及用法

    第3组动物接受rhGGF2治疗(Cambridge NeuroScience Inc,Cambridge,MA,USA),神经挤压后皮下注射,每日1次,连续4d。第2组动物用同法等量的载体(生理盐水)治疗。rhGGF2称1号溶液,载体称2号溶液。工作人员在实验中不知道1、2号溶液的内容。

    1.3 结果的评价

    神经运动功能评价在神经挤压后1,4,7,11,14,18,21,25,28,35,42,49,56d进行。让动物走过铺有经溴酚和丙酮配成的0.5%脱水溶液浸泡过的特殊纸张的走廊,留下蓝色的足迹。分别测量第1与第5趾间距离(TS),第2与第4趾间距离(IT)以及足印的长度(PL)。依下公式计算坐骨神经功能指数:

    SFI=-38.5(EPL-NPL)/NPL+109.5(ETS-NTS)/NTS+13.3(EIT-NIT)/NIT-8.8
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    “E”实验侧后肢,“N”健侧正常后肢。SFI值为0,表示神经功能正常,-100表明功能完全丧失。

    组织学检查于术后1,4,7,11,14,21,28,49,56d进行。在每个时间点取3个动物的神经标本。取材时采用活体原位灌注技术。开胸后将导管插入左心室,在100mmHg的压力下用生理盐水灌注5min,再用戊二醛灌注30min。在4℃下原位固定24h。然后将神经取出后再固定,脱水和包埋。切片用甲苯胺兰染色后行光镜检查。

    第2、3组动物的肌力测定于术后1,4,7,11,14,21,28d在神经组织学取材前进行。将趾长伸肌切下并悬浮于一标准器官冲洗系统中,其内盛有37℃Krebs-Henseleit溶液,并与含95%O2和5%CO2的气体相通。用一电极刺激,逐渐增加刺激强度直至出现最大收缩力(50V)。单个刺激时间为0.2ms。强直收缩力的测定是以50V的刺激强度,1.5s的刺激时间,分别在40,70,100,120Hz等4种刺激频率下进行。每种刺激后有3min间歇。实验侧肌肉收缩力的大小以正常对侧肌力的百分比来表示。
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    对所测得SFI和肌力数值用ANOVA(one way analysis of variance)方法作统计学处理。

    2 结 果

    2.1步态分析

    第1组的大鼠没有功能障碍,1d和56d时SFI值分别为-5.26±0.4和-8.44±0.9(均数±标准误)。在神经挤压后的第1周内,第2、第3组动物功能完全丧失。挤压侧后爪印迹长而窄,足部完全麻痹。至11d时,第3组动物神经功能开始恢复,SFI值为-78.4±2.8,而此时第2组动物实验侧后肢仍几乎全瘫,SFI值为-90.0±1.9。随后,第3组的SFI对时间曲线表现为左移。从第11~21d,两组之间的SFI值有显著性差异(图1)。虽然在25d以后两组间统计学差异消失,但第3组的SFI改善程度有优于二组的趋势。两组的SFI值在49d时均接近于正常。

    2.2 肌力测定
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    在挤压后1d,第2和第3组EDL的平均强直收缩力在每一种刺激频率下均轻度下降。两组之间没有显著性差异。4d时,在4种不同刺激频率下2组的肌力均明显降低,然而第3组的收缩力在40,70和100Hz刺激下仍显著地强于第2组。此后在每种刺激频率下的2组肌力均随时间而逐渐增加。在4,7,11,14d时,70和100Hz刺激下的第3组肌力显著地大于第2组。虽然从21d到28d期间2组在每个刺激频率下没有统计学差异,但第3组的肌力总体上强于第2组(图2)。

    2.3 组织学检查

    与第3组相比,第2组的神经标本于4d和7d时可见到严重的神经内膜间隙的弥漫性水肿和轴突溃变,有多数髓鞘碎片、中性粒细胞和巨噬细胞,以及较低的神经纤维密度。7d后,2组均呈现神经再生和溃变的共存状态。再生轴芽逐渐增加,并随时间延长而成熟。第3组神经轴突再生的数量和髓鞘厚度在每个时间点均优于2组(图3)。至56d时,第3组的轴突数量已接近正常,而第2组神经内仍可见到一些退变和巨噬细胞的吞噬现象。
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    图1 rhGGF2对坐骨神经挤压伤后(负荷为100g,时间为2h)功能恢复的效果。SFI(均值±标准误)显示在挤压后11,14,18,21d第3组较第2组有明显地改善。P<0.05,P<0.01.

    图2 第2、3组在100Hz刺激频率下EDL收缩力恢复效果的比较。第3组肌力(均值±标准误)在挤压后4,7,11,14d较第2组有显著地增强。P<0.05。

    3 讨 论

    实验结果显示,经rhGGF2治疗的大鼠,其受损坐骨神经在挤压伤后获得了更为迅速的运动功能恢复。rhGGF2治疗的有效性表现在SFI对时间曲线的左移,EDL肌肉收缩力增强及明显的轴突再生。此种低负荷挤压(100g)的神经损伤类似于一种缺血再灌注过程[2]。因此,缺血再灌注损伤在此类神经损害中起着主导作用。本文结果表明,用rhGGF2治疗具有促进轴突再生的潜能,因而保护周围神经以抵御缺血再灌注损伤。
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    神经胶质生长因子是一种由膜携带和分泌的多肽,属于表皮生长因子系列。现已证实此类多肽在中枢和周围神经系统中均可表达,并广泛参与神经元和胶质细胞间的相互作用[3]。已发现GGFS可以促进SCS的分化,在体外条件下刺激SCS的增生以及调节它们的基因活动,诸如神经营养因子的分泌[4]。GGFS还可以促进SCS的迁移和髓鞘化。最近体内研究发现轴突切断可以导致发育过程中SCS发生细胞内死亡增加10倍。而外源性的GGFS可以防止和降低内源性细胞死亡的发生[5]。此外,还发现胎鼠内经GGFS刺激生长的SCS具有使再生轴突髓鞘化等能力,并且在移植到成年鼠坐骨神经上后可以在轴突周围形成形态正常的髓鞘[6]。在本实验中观察到经rhGGF2治疗后的大鼠其再生轴突的数量和厚度均优于对照组。这一事实为GGFS对受损周围神经的作用提供了进一步证据。
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    图3 大鼠坐骨神经在挤压后11d时横切面的显微照片(甲苯胺兰,×160)。第3组(A)的髓鞘厚度和再生轴突的密度优于第2组(B)。

    虽然普遍认为GGFS可以激活和刺激SCS增生,从而调节神经再生。然而,具体的机制仍然不十分清楚。在大部分人认为GGF是通过二种信号传递途径来调节SCS增生。即:依赖于CAMP的途径和酪氨酸激酶受体途径。据报道,CAMP的轻度提高是一个刺激培养的SCS增生的信号。在人类SCS培养基上,GGF刺激可以增加细胞内CAMP的水平和SCS内有丝分裂的反应程度[7]。另有证据表明,GGFS可通过激活酪氨酸激酶来刺激SCS增生[8]。这个通过酪氨酸的磷酸化作用引发的信号传递途径导致的一系列核内变化,最终产生了不同的生物反应。
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    周围神经损伤后运动功能恢复受多种因素影响。在对其评价时,为了减少由其它原因造成的差异,如外科技术、远近两端对接的错位,异物(缝线)反应等,在本实验中我们采用了一种纯挤压损伤模型。此模型保留了神经的连续性,这样,轴突的再生与运动功能的恢复是一致的。而且,损伤程度是可以调节的。

    总之,用rhGGF2来治疗大鼠坐骨神经挤压伤是有效的。它可以刺激神经再生和促进功能恢复。GGFS在周围神经损伤的临床研究和实践中有着很大的潜在应用前景。

    作者简介:刘康(1964-),男,山西省五台县人。副教授,博士学位。主要研究方向:周围神经,显微外科,骨骼肌。电话:(0351)4044111×22575

    参考文献:

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    [5] Trachtenberg JT,Thompson WJ. Schwann cell apoptosis at developing neuromuscular junctions is regulated by glial growth factor[J].Nature,1996,379:174~177.

    [6] Feltri ML,Scherer SS,Wrabetz L,et al.Mitogen-expanded Schwann cells retain the capacity to myelinate regenerating axons after transplantation into rat sciatic nerve[J].Proc Natl Acad Sci USA, 1992,89:8 827~8 831.

    [7] Rutkowki JL,Kirk CJ,Lerner MA. et al.Purification and expansion of human Schwann cells in vitro [J].Nature Med,1995,1:80~83.

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    (收稿:1999-12-09 修回:2000-03-15), 百拇医药