当前位置: 首页 > 期刊 > 《第四军医大学学报》 > 2000年第10期
编号:10276766
二次脑损伤大鼠脑皮层代谢性谷氨酸受体1α的改变
http://www.100md.com 《第四军医大学学报》 2000年第10期
     作者:费舟 章翔 何远东 贺晓生 李树合 梁景文 刘先珍

    单位:第四军医大学西京医院全军神经外科研究所,陕西 西安 710033

    关键词:脑损伤;代谢性谷氨酸受体1α;二次脑损伤

    第四军医大学学报001033 摘 要: 目的 研究二次脑损伤(SBI)大鼠脑皮层代谢性谷氨酸受体1α (mGluR1α)的变化及意义. 方法 SD大鼠90只,随机分为假手术对照、单纯脑损伤、脑损伤合并SBI 3组. 在Marmarou大鼠加速性弥漫性脑损伤模型基础上,以抽血造成低血压为SBI指标. 在伤后不同时间进行免疫组化和病理学研究. 结果 与假手术对照相比,单纯脑损伤组脑皮层mGluR1α阳性神经元在伤后1 h表达明显增加, 为13.9±3.2(P<0.05),24 h达到15.3±3.7的峰值(P<0.01); 脑损伤合并SBI组mGluR1α阳性神经元表达在伤后0.5 h即明显增加:13.5±3.8(P<0.05),伤后6 h达高峰:15.6±3.7(P<0.01). 结论 在弥漫性脑损伤发生、发展过程中, mGluR1α改变可能是导致脑损害加重的因素之一, 合并SBI组脑皮层mGluR1α阳性神经元表达的增强和高峰的提前提示mGluR1α参与缺血过程.
, 百拇医药
    中图号:R651.15 文献标识码:A

    文章编号:1000-2790(2000)10-1273-04

    Changes of metabotropic glutamate receptor subtype 1α in diffuse brain injury with secondary brain insults in rats

    FEI Zhou, ZHANG Xiang, HE Yuan-Dong, HE Xiao-Sheng, LI Shu-He, LIANG Jin-Wen, LIU Xian-Zhen

    (Institute of Neurosurgery of Chinese PLA, Xijing Hospital, Fourth Military Medical University, Xi'an 710033, China)
, 百拇医药
    Abstract: AIM To study the changes of metabotropic glutamate receptor 1α in a rodent model of diffuse brain injury with secondary insults. METHODS Based on Marmarou's rodent model of diffuse brain injury, hypotension was made by blood as secondary brain insults (SBI). Ninety male SD rats were randomized into three groups: sham, head injury alone and head injury with SBI. The mGluR1α immunohistochemistry and pathology of cerebral cortex were studied at different time after brain injury. RESULTS Compared with that of sham group, the number of mGluR1α positive neuron increased as 13.9±3.2 (P<0.05)1 h after injury, and the most robust increase of 15.3±3.7 (P<0.01) occurred at 24 h after injury in the injured cerebral cortex in head injury alone group. However, in head injury with SBI group there was a significant increase of the number of mGluR1α positive neuron at 0.5 h after injury 13.5±3.8 (P<0.01) and the most robust increase occurred at 6 hours after injury 15.6±3.0 (P<0.01). CONCLUSION In the development of diffuse brain injury the role of mGluR1α may be a key factor in the aggravation of brain damage. mGluR1α is also involved in brain hypoxia leading to brain damage as shown in head injury with SBI.
, http://www.100md.com
    Keywords: brain injury; mGluR1α; secondary brain insults

    0 引言

    1978年,Miller首次提出了二次脑损伤(SBI)的概念,即在已有脑原发性损伤的基础上,如合并低血压、高热等二次致伤因素,可进一步加重脑损害. 相关研究一直在进行并于近期成为热点. 临床上常有报道脑损伤后伴发脏器出血,出现低血压, 或高热等SBI因素,使死亡率及致残率升高[1,2]. 但脑损伤合并SBI后发生发展机制研究较少, 我们的前期研究显示, 弥漫性脑损伤合并SBI者脑组织TXA2生成量增加,并出现脑血管痉挛及微血栓形成,引起局部脑血流降低,加重原发性脑损害[3], 从一方面阐明了其病理机制. 有报道, 谷氨酸(Glu)的释放增加和离子型谷氨酸受体(iGluR)的活化与脑损伤有关. 但代谢性谷氨酸受体(mGluR)重型损伤中的改变与意义, 尚未阐明. 我们拟在Marmarou弥漫性脑损伤模型基础上,探讨脑损伤合并低血压时,不同时间大鼠脑皮层mGluR1α阳性神经元的变化及意义.
, 百拇医药
    1 材料和方法

    1.1 材料 雄性SD大鼠90只,体质量(350±15) g,随机分成3组:假手术对照、单纯脑损伤及合并SBI组. 每组又分为伤后0.5,1,3,6,12和24 h 6个亚组,每个亚组5只. 以20 g*L-1戊巴比妥钠溶液ip麻醉(40 mg*kg-1). 立体定向头架固定大鼠头部,正中切开大鼠顶部头皮,在冠状缝与人字缝之间,用高分子聚脂固定一金属圆盘(直径8 mm,厚2 mm)于顶骨上. 将大鼠移置在一个已知弹性系数的海绵上,900 g铜棒在一有机玻璃管内由1 m高处自由坠落在金属圆盘上,即刻移开海绵及大鼠以免铜棒反弹造成二次击伤. 稳定15 min后,合并SBI组右侧股动脉抽血或再注入血将血压维持在5.33~6.67 kPa. 单纯脑损伤组无低血压处理,而假手术对照组无头部坠落伤及低血压处理. 全部大鼠左侧股动、静脉插管以监测伤后1 h的平均动脉压和血气.

    1.2 方法 各组按规定的时间点, 行大鼠大脑皮层mGluR1α阳性神经元检测,开胸左心室插管,生理盐水冲洗后,用500 mL含40 mL*L-1多聚甲醛和饱和苦味酸的0.1 mol*L-1的磷酸缓冲液(PB, pH 7.3)灌注固定1 h. 在前囟至前囟后8 mm区域内取脑样,置于含300 g*L-1蔗糖的PB内过夜(4℃). 冰冻连续冠状切片(厚30 μm),隔4取1,收集于PBS内. 用ABC法行mGluR1α免疫组织化学染色,即将切片置于兔抗mGluR1α的一抗(基因公司)内4℃孵育48 h,然后移入结合生物素的二抗(宝泰克公司)室温下孵育3 h,最后在ABC复合物内反应1 h. DAB和H2O2呈色后裱片、脱水透明、封片. 在400倍显微镜视野下计数皮层区mGluR1α阳性神经元. 相邻切片行HE染色(切片厚4 μm),观察神经元损害情况.
, 百拇医药
    统计学分析: mGluR1α阳性神经元和受损神经元数目比较用SPLM软件进行方差分析和t试验.

    2 结果

    伤后1 h脑损伤合并SBI组与其他各组相比,平均动脉压明显降低(P<0.05). 而单纯脑伤组与对照组相比,生理参数无明显变化(Tab 1).

    表1 大鼠脑损伤后1 h的生理指标

    Tab 1 Physiology parameters 1 h after rats' brain injury

    (n=6, ±s) Group

    MABP/kPa
, http://www.100md.com
    PaCO2/Pa

    PaO2/kPa

    pH

    Control

    14.6±0.5

    5.2±0.2

    18.9±0.5

    7.38±0.01

    Head injury alone

    14.7±0.6

    5.1±0.3
, http://www.100md.com
    18.2±0.5

    7.39±0.02

    Head injury

    with SBI

    12.4±0.5a

    5.3±0.2

    19.3±0.5

    7.36±0.02

    aP<0.05 vs control.

    2.1 mGluR1α神经元 伤后大脑皮层mGluR1α阳性神经元弥漫性增加,尤以打击部位明显,主要分布在大脑皮层的Ⅰ~Ⅲ层(Fig 1). 与假手术对照组相比,单纯脑损伤组mGluR1α阳性神经元在伤后1 h明显增加(P<0.01),伤后24 h达到高峰(Tab 2); 脑损伤合并SBI组mGluR1α阳性神经元在伤后0.5 h明显增加(P<0.01),伤后6 h达到高峰,与同一时间点单纯脑损伤组相比,虽有数量上的增加却无统计学差异(P>0.05). 在单纯脑损伤组和脑损伤合并SBI组均可观察到mGluR1α阳性神经元非常明显的顶树突和基树突消失,胞体肿胀,细胞周围间隙明显水肿. 与相应时间点HE染色结果比较, 发现mGluR1α阳性非常明显的神经元均为缺血变性较重的神经元.
, http://www.100md.com
    表2 伤后不同时间大脑皮层阳性mGluR1α神经元数

    Tab 2 Number of positive mGluR1α neuron in cerebral cortex in different times after injury(n=5, neuron number per HP400×, ±s) Group

    Before

    injury

    t(after injury)/h

    0.5

    1

    3
, http://www.100md.com
    6

    12

    24

    Control

    5.2±3.3

    5.6±3.5

    4.9±3.4

    5.1±3.2

    5.7±4.3

    5.5±3.7

    5.2±3.6

    Head injury alone
, 百拇医药
    5.0±3.8

    7.6±3.3

    13.9±3.2a

    14.2±3.4a

    14.4±4.1a

    14.8±3.6a

    15.3±3.7b

    Head injury with SBI

    5.1±3.6

    13.5±3.8a
, http://www.100md.com
    14.3±3.4a

    14.9±3.7a

    15.6±3.0b

    10.1±2.9a

    4.8±3.6

    aP<0.05, bP<0.01 vs control.

    2.2 病理形态学改变 与假手术对照组比较,单纯脑损伤组伤后1 h即可见脑水肿和神经元坏死,伤后24 h达到高峰(Fig 2);脑损伤合并SBI组伤后0.5 h即可见脑水肿和神经元坏死,伤后6 h达到高峰.

    图1 伤后6 h大鼠大脑皮层mGluR1α阳性神经元表达
, 百拇医药
    Fig 1 Expression of mGluR1α positive neuron in rat cerebral cortex 6 h after injury ABC ×400

    A: Control; B: Head injury alone; C: Head injury with SBI.

    图2 伤后6 h大鼠大脑皮层坏死神经元的变化

    Fig 2 Changes of necrotic neuron in rat cerebral cortex 6 h after injury HE ×100

    A: Control; B: Head injury alone; C: Head injury with SBI.

    3 讨论
, 百拇医药
    SBI如低血压、缺氧、高热等在重型颅脑伤患者中十分常见. 创伤性脑损伤可直接损害神经元. 受损的神经元可能对SBI更加敏感,后续的离子紊乱和能量障碍都可进一步加重神经元损伤[3]. 如果治疗及时,一些受损的神经元仍然可以恢复. 因此,早期诊断和处理SBI对重型颅脑伤的预后极其重要.

    Glu是哺乳类动物神经元的主要递质, 我们以往的研究已证实:脑损伤后Glu水平增高, 可产生神经毒性作用[4,5]. Glu通过离子型受体(iGluR)及mGluR作用于脑细胞,iGluR可引起神经元胞内钙超载;分子克隆技术已阐明, mGluR通过G蛋白与第二信使系统耦联,引起磷酸肌醇(PI)水解及细胞内Ca2+释放与钙超载造成神经元损害. 脑微量透析实验结果表明,脑损伤及脑缺血状态下Glu水平增高,虽采用iGluR拮抗剂实验性治疗后并未获满意疗效[6,7]. 而有研究发现, mGluR拮抗剂MCPG在体外实验中可有效保护缺血缺氧状态下海马CA1神经元[8]. 虽其多途径作用机制尚未完全明了,但实验证明,mGluR本身激活可能足以杀死神经元[9]. 表明mGluR的活性变化可能参与并加重脑损伤过程.
, 百拇医药
    在本实验中,我们首次揭示了弥漫性脑损伤后mGluR1α的独特变化过程. 伤后不同时间HE染色对照表明, mGluR1α阳性非常明显的神经元多为缺血变性较重的神经元. 提示在弥漫性脑损伤发生发展过程中, mGluR1α可能是导致脑损害加重的重要因素之一. 合并SBI组脑皮层mGluR1α阳性神经元表达的增强和高峰的提前则揭示mGluR1α参与脑缺血所致的脑损害过程. 这为应用mGluR1α拮抗剂实验性治疗脑损伤提供了理论基础.

    基金项目:全军“九五”医学科研规划基金(98M101);高等学校骨干教师资助计划项目

    作者简介:费舟(1961-), 男(汉族), 陕西省泾阳县人. 主任医师, 教授, 硕士生导师. Tel.(029)3375323 Email. feizhou@fmmu.edu.cn

    参考文献:

    [1] Takahashi S, Tanaka R, Watanabe M et al. Effects of whole-body hyperthermia on the canine central nervous system [J]. Int J Hyperthermia,1999;15(3):203-216.
, http://www.100md.com
    [2] Robertson CS, Valadka AB, Hannay HJ et al. Prevention of secondary ischemic insults after severe head injury [J]. Crit Care Med, 1999;27(10):2086-2095.

    [3] Fei Z, Zhang X, Yi SY. Brain TXA2 and PGI2 levels related to diffuse brain injury with secondary insults [J]. J Clin Neurosci, 1999;6(4):306-308.

    [4] 费 舟, 章 翔, 易声禹. 弥漫性脑损伤后低血压及高热对鼠脑海马细胞外液兴奋性氨基酸代谢的影响[J]. 陕西医学杂志, 1997;26(12):701-703.
, 百拇医药
    [5]费 舟,章 翔,李树合et al. 弥漫性脑损伤合并二次脑损伤脑组织谷氨酸及环核甘酸的改变[J]. 第四军医大学学报,2000;21(9):1064-1066.

    [6]Humm JL, Kozlowski DA, Bland ST et al. Used-dependent exaggeration of brain injury: Is glutamate involved [J]? Exp Neurol, 1999;157(2):349-358.

    [7] Nicoletti F, Bruno V, Copani A et al. Metabotropic glutamate receptors: A new target for the therapy of neurodegenerative disorders [J]. Trends Neurosci, 1996;19(2):267.
, 百拇医药
    [8] Opitz T, Richter P, Reymann KG. The metabotropic glutamate receptor antagonist (α-methyl-4-carboxyphenylglycine) protects hippocampal CA1 neurons of the rat from in vitro hypoxia/hypoglycemia [J]. Neuropharmacology, 1994;33(55):715-717.

    [9] McDonald JW, Fix AS, Tizzano JP et al. Seizures and brain injury in neonatal rats induced by 1S, 3R-ACPD, a metabotropic glutamate receptor agonist [J]. J Neurosci, 1993; 13(10): 4445-4455.

    收稿日期:2000-06-02; 修回日期:2000-06-14, 百拇医药