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编号:10274161
大鼠全脑缺血再灌注脑内神经营养因子的动态变化
http://www.100md.com 《中华内科杂志》 1999年第9期
     作者:李爱丽 姚建华 宋春伶 王彦红 汪世吉

    单位:130041 长春,白求恩医科大学第二医院神经内科(李爱丽、姚建华、宋春伶);长春市中医院神经内科(王彦红);长春市长通医院(汪世吉)

    关键词:脑缺血;再灌注损伤;神经营养因子

    中华内科杂志990911 【摘要】 目的 探讨血管性痴呆与神经生长因子(NGF)、脑源性神经营养因子(BDNF)之间的关系。方法 选用Wistar老龄大鼠雌雄随机分组,假手术组分A、B、C 3组,每组4只;实验组分全脑缺血15分钟组,缺血再灌注1和6小时、2、4、9天5组,每组5只。术前、术后测试游水谜成绩,用免疫组化ABC法检测缺血再灌注不同时相额叶、顶叶、海马和丘脑NGF、BDNF含量。结果 额叶NGF表达于再灌注2天达高峰,以后迅速消失;缺血15分钟顶叶即出现中量NGF表达,再灌注9天时增至大量;缺血再灌注早期丘脑NGF表达消失,再灌注2天以后NGF表达重新出现。再灌注2天额叶BDNF表达大量增加,以后减少、消失;顶叶和海马BDNF表达始终无变化;丘脑BDNF表达只有再灌注9天增加。结论 BDNF比NGF分布广泛,缺血再灌注早期额叶有NGF、BDNF较好的神经元保护机制;顶叶、海马对缺血再灌注损伤有NGF、BDNF迅速、持久的神经元保护机制;丘脑缺乏NGF良好的神经元保护机制,但有BDNF良好的神经元保护作用。
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    Dynamic changes of neurotrophic factors in different cerebral areas after full cerebral ischemia and reperfusion in old rats

    LI Aili, YAO Jianhua, SONG Chunling, et al.

    Department of Neurology, The Second Teaching Hospital of Norman Bethune University of Medical Sciences , Changchun 130041

    【Abstract】 Objective To explore the relationship between vascular dementia and nerve growth factor (NGF)and brain-derived neurotrophic factor (BDNF). Methods 42 male and female senile Wistar rats were randomized into control and experimental groups. The control group was subdivided into A, and C three groups and the experimental group into 6 subgroups, i.e 15 min of ischemia alone and ischemia combined with reperfusion of 1 h, 6 h, 2d, 4d and 9d. Swimming maze was performed before and after operation. The contents of NGF and BDNF in different parts of brain were examined in different periods of ischemia and reperfusion with ABC method of immunocytochemistry. Results NGF expression in frontal lobes reached a peak level in 2 days after reperfusion and then disappeared quickly, that in parietal lobes showed a moderate level in 15 minutes of ischemia and reached a peak in 9 days of reperfusion. However, there is no expression in thalamus in early ischemia and reperfusion, but reexpression occurred after 2 days of reperfusion. BDNF expression showed a peak level after 2 days of reperfusion and then decreased in frontal lobes, but a high level of expression that was unchanged in parietal lobes and hippocampal areas. The increasing expression in thalamus occurred only 9 days after reperfusion. Conclusion The distribution of BDNF was wider than that of NGF. There was a good protective action of NGF and BDNF in frontal lobes in the early period of ischemia with reperfusion and there existed persistent and prompt action of the neurotrophic factors in pariental lobes and hippocampal areas. The protective action of NGF in thalamus was poor , but that of BDNF was good.
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    【Key words】 Cerebral ischemia Reperfusion injury Neurotrophic factors

    神经营养因子(neurotrophic factors,NTFs)是近年来引起科学家们十分关注的特异蛋白质分子,其有很多种类,神经生长因子(nerve growth factor,NGF)和脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)是其中两种。NTFs与某些中枢神经系统疾病的关系日益受到重视,然而与血管性痴呆的关系尚不清楚。本实验选用老龄大鼠制作血管性痴呆动物模型,采用免疫组化方法研究不同脑区NGF、BDNF的含量变化,进而探讨与血管性痴呆之间的关系,旨在分子生物水平上揭示血管性痴呆的神经生化机制。

    材料与方法

    一、实验动物分组及动物模型制备
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    健康Wistar老龄大鼠42只(由白求恩医科大学动物室提供),雌性26只,雄性16只,体重420~520 g,月龄12个月。颗粒饲料喂养,雌雄分开饲养并随机分组,假手术组分A、B、C三组,每组4只;实验组分脑缺血15分钟组,脑缺血15分钟再灌注1和6小时、2、4、9天5组,每组5只。采用Pulsinelli-Brierley血管阻塞法进行改良,用10%水合氯醛给大鼠进行腹腔麻醉(0.3 ml/100 g体重),分离双侧颈总动脉,用两根缝合线分别绕过每侧颈总动脉系一松套(待次日拉套断流用),电凝双侧椎动脉24小时后,在大鼠清醒状态下拉双侧颈总动脉套,阻断双侧颈总动脉血流15分钟,此为脑缺血期,去除颈总动脉套为再灌注期。假手术组不做椎动脉电凝、颈总动脉断流,其余过程同实验组。

    二、大鼠学习、记忆测定方法

    采用中国医学科学院药物所研制的水迷宫。令假手术A、B组,再灌注4和9天组大鼠术前学会游水迷宫,并于术后4、9天时分别测假手术A组、再灌注4天组和假手术B组、再灌注9天组大鼠游水迷宫记忆巩固成绩。
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    三、免疫组化染色ABC法

    各组大鼠在完成实验过程后给予10%水合氯醛过量腹腔麻醉,暴露心脏,剪开右心耳,在左心室插管,先用200 ml生理盐水灌冲,然后用4%多聚甲醛固定脑组织,取脑分离出额叶、顶叶、海马和丘脑,浸这些脑组织于相同固定液中48小时,石蜡包埋,免疫组化染色采用ABC法。试剂盒由北京中山生物技术有限公司提供。

    结果

    一、老龄大鼠游水迷宫学习、记忆巩固成绩

    术前各组大鼠游水迷宫5分钟入盲端的错误次数相近,经统计学处理差异不显著;术后4天,假手术A组和全脑缺血再灌注4天组大鼠游水迷宫5分钟入盲端错误分别为(4.21±0.12)次和(12.08±0.32)次,经统计学处理差异有显著性(P<0.05);术后9天,假手术B组和全脑缺血再灌注9天组大鼠游水迷宫5分钟入盲端错误分别为(6.32±0.41)次和(13.12±0.48)次,经检验差异有极显著性(P<0.01);术后9天,假手术B组和全脑缺血再灌注9天组大鼠游完水迷宫全程所需时间分别为(84.12±18.41)秒和(334.42±50.02)秒,差异有极显著性(P<0.01)。
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    二、NGF表达

    假手术C组除顶叶缺乏NGF表达外,额叶、海马和丘脑均有少量NGF表达。额叶NGF表达从再灌注1小时开始增加,再灌注2天增加达高峰,以后迅速减少,再灌注4天消失;顶叶于缺血15分钟出现中等量NGF表达,至再灌注9天NGF表达呈大量,海马NGF表达从再灌注1小时开始增加,并一直持续到再灌注9天;丘脑从缺血15分钟至再灌注6小时期间NGF表达消失,再灌注2天NGF出现并迅增至中量表达,以后降为少量表达。

    三、BDNF表达

    假手术C组大鼠额叶、顶叶、海马、丘脑均呈中等量BDNF表达。再灌注2天额叶BDNF表达猛增至超大量,再灌注4天其表达降为基础水平,以后则消失;顶叶和海马BDNF表达量始终没有受到缺血、再灌注损伤影响;丘脑仅于再灌注9天BDNF表达有所增加,而其他缺血、再灌注不同时相均未影响其BDNF表达量。
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    讨论

    术后4天、9天对照组大鼠重游水迷宫成绩提高,而实验组大鼠则明显降低。由于术前有学习游水迷宫过程,因此借助记忆巩固作用对照组大鼠重游水迷宫成绩得以提高。虽然实验组大鼠术前也有游水迷宫基础,但术后因有全脑缺血再灌注损伤,致使记忆巩固能力受损害,故而造成重游水迷宫成绩下降。这表明老龄大鼠经全脑缺血再灌注可制做血管性痴呆动物模型。

    NGF是由Levi-Montalcini[1]发现的第一种NTFs,近年研究结果表明神经元前体细胞在有NGF的环境中能继续增殖,而失去NGF时便分化成神经元,另外NGF能终止特定神经元自然死亡,维持神经元生存,增加神经递质合成[2]。本组探讨了老龄大鼠全脑缺血再灌注不同时相额叶、顶叶、丘脑NGF的动态变化。结果表明正常情况下顶叶缺乏NGF,额叶、海马、丘脑含有少量NGF。顶叶主要参与空间定向活动,顶叶缺乏NGF结果似乎解释了为什么老年人易于迷失方向的情况。如果这种解释成立的话,那么通过增加顶叶NGF含量来改善老年人空间定向能力无疑将是一种理想的防治手段。额叶缺血再灌注结果表明,额叶NGF对这种应激状态反应迅速,其含量很快增加以保护额叶神经元,至再灌注2天该保持作用达高峰,以后保护作用很快贻尽;在顶叶,NGF对缺血再灌注损伤极敏感,立即产生NGF的保护作用,并一直持续到缺血再灌注9天,这说明顶叶有对缺血再灌注损伤反应快速、持久的神经元保持机制;海马NGF的增加呈迅速、持久特点,这表明海马具有良好的神经元保持机制;丘脑在缺血再灌注损伤早期仅耗竭固有NGF。以后才有一过性NGF增加,这说明丘脑缺乏良好的神经元保持机制。
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    BDNF是Barde等于1982年由猪脑提取的一种NTFs。它能促进神经元生存、延缓变性和自然死亡,尤其对运动神经元更具有生物效应[3,4]。本研究结果表明BDNF广泛存在于额叶、顶叶、海马和丘脑,这与国外研究结果一致[5]。在额叶,BDNF对缺血再灌注损伤比较敏感,其含量迅速增加,但持续时间短暂,很快消失,这表明缺血再灌注早期额叶有较好的神经元保护机制,而以后便丧失了这种保护机制;顶叶、海马BDNF含量没有受到缺血再灌注损伤影响,表明顶叶海马对缺血再灌注损伤具有很强的耐受力和良好的BDNF保护机制;丘脑BDNF检测结果表明丘脑不但对缺血再灌注损伤具有很强耐受力,而且具有起一定应激作用的BDNF神经元保护机制。

    NGF分布范围没有BDNF广泛,其表达量也没有BDNF高,这与国外研究结果一致[5,6]。缺血再灌注损伤能引起大部分脑区或多或少,或迟或早,或长或短NGF和BDNF含量增加,因为缺血可引起细胞外环境谷氨酰胺增加,细胞内钙离子浓度升高,进而引起部分脑区NGF、BDNF含量增加[7]
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    要将NGF、BDNF用于临床治疗血管性痴呆还有一定困难,因为大规模生产NGF、BDNF和给药途径问题尚未得到解决,相信随着研究的不断深入,这些问题会逐渐解决。

    本课题受吉林省卫生厅赞助

    参考文献

    [1] Levi-Montalcini R. The nerve growth factor 35 years later. Science,1987,237:1154-1162.

    [2] 韩济生, 主编. 神经科学纲要. 北京:中国协和医科大学与北京医科大学联合出版社,1993.794-804.

    [3] Frim DM, Uhler TA, Galpern WR, et al. Implanted fibroblasts genetically engineered to produce brain-derived neurotrophic factor prevent 1-methy1-4-phenylpyridinium toxicity to dopaminergic neurons in the rat. Proc Natl Acad Sci U S A,1994,91:5104-5108.
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    [4] Friedman B, Kleinfeld D, Ip NY,et al. BDNF and NT-4/5 exert neurotrophic influences on injured adult spinal motor neurons. J Neurosci,1995,15:1044-1056.

    [5] Hofer M, Pagliusi SR, Hohn A, et al. Regional distribution of brain-derived neurotrophic factor mRNA in the adult mouse brain. EMBO J, 1990,9:2459-2464.

    [6] Zafra F, Castren E, Thoenen H, et al. Interplay between glutamate and gamma-aminobutyric acid transmitter systens in the physiological regulation of brain-derived neurotrophic factor and nerve growth factor synthesis in hippocampal neurons. Proc Natl Acad Sci U S A,1991,88:10037-10041.

    [7] Merlio JP, Ernfors P, Kokaia Z, et al. Increased production of the TrKB protein tyrosine kinase receptor after brain insults. Neuron, 1993,10:151-164.

    (收稿:1999-01-06 修回:1999-04-30), 百拇医药