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脑缺血(cerebral ischemia)有局灶性和弥漫性脑缺血、永久性和暂时性脑缺血之分,且均伴有不同程度神经元死亡,或功能缺损。研究证明中枢神经系统(CNS)再生障碍是脑和脊髓永久性损伤的主要原因。在对神经生长抑制因子的研究中,人们分离出了多种抑制神经再生的分子,其中包含髓鞘相关糖蛋白(MAG)、Nogo和少突胶质细胞/髓鞘糖蛋白。这三种神经生长抑制因子在抑制中枢神经系统的再生方面起着相当重要的作用。
NgR是在2001年由Fournier等运用碱性磷酸酶融合技术首次发现的一种介导中枢神经再生抑制作用的受体。由于NgR可以同时介导髓鞘相关糖蛋白(MAG)、Nogo和少突胶质细胞/髓鞘糖蛋白(OMgp)三种抑制因子的抑制作用而成为神经系统再生研究中的热点内容。NgR被发现后至今已经有很多实验室开始对其在中枢神经系统中的分布进行研究,例如研究证明,正常成年大鼠中,NgR在灰质中含量较高,大脑皮层、海马、脑桥、小脑蒲肯野细胞也有分布,不表达于少突胶质细胞表面、髓鞘膜面,但在被髓鞘包裹的轴突表面能够检测。外周组织中,只有心脏和肾脏有极少量的分布。NgR在老年大鼠脑组织中的表达分布情况为:大脑皮质可见散在分布的中等强度以上阳性神经元及神经纤维,第Ⅱ层有强阳性锥体细胞分布,海马CA1~CA3的锥体细胞层、齿状回颗粒层可见强阳性神经元,胞浆及突起均着色并有棕黄色颗粒状结构沉积于胞膜。另外还有实验得出结论,NgR表达高峰在30天慢性脑缺血模型组而后下降;脑内NgR蛋白和NgRmRNA的表达水平在DAI后明显下降,在伤后72小时降到最低,此后逐渐恢复,到第7天基本恢复伤前水平。大脑皮层、海马、下丘脑等处有很强的免疫阳性反应等等。到目前为止,NgR在神经系统分布方面的研究已经取得了长足的进步,但不足之处就是,针对所选模型的NgR区域分布研究不够详细,观察时间点间隔太长。不能够更系统的,更确切的反映NgR的区域性分布及随时间变化的总体趋势。
目的:
研究局灶性脑缺血大鼠脑组织NgR的区域性表达,及随缺血时间的延长其表达的变化规律。
方法:
1.造模:通过大脑中动脉电凝术(MCAO)电凝手术组SD大鼠右侧大脑中动脉建立大鼠局灶性脑缺血模型;假手术组进行同样的处理但不凝闭大脑中动脉;正常组不做任何处理。
2.行为学检测:用Bederson法对正常组、手术组和假手术组进行神经功能评分,符合要求的SD大鼠才可用于正式实验。
3.TTC染色及实验分组:MCAO术后24小时,从被选入正式试验的正常组、手术组和假手术组中各随机选取一只SD大鼠迅速断颈取脑进行TTC染色,观察梗死灶的大小。TTC染色后剩余的正常组、手术组和假手术组SD大鼠再随机分为1天组、2天组、3天组、5天组、7天组、14天组、28天组和56天组8个亚组。
4.取材:在术后1天、2天、3天、5天、7天、14天、28天和56天灌注固定各亚组的SD大鼠,取脑组织进行冰冻切片。每个脑组织取前囟+1.60mm和-3.30mm两个冠状截面,每个截面切取三张切片。
5.焦油紫染色及免疫组织化学:焦油紫染色观察脑组织缺血情况及随缺血时间的延长皮质运动区及海马(CA1、CA2和CA3)神经元数目变化趋势;免疫组织化学检测NgR及GFAP在MCAO术后不同脑组织区域,以及不同时间点的表达。
结果:
1.术后1天正常组及假手术组均无任何症状;手术组出现不同程度的神经病学改变:神经功能评分Ⅰ级者约占55.1%,Ⅱ级者约占34.7%,Ⅲ级者约占10.2%。
2.TTC染色可以看到缺血中心区为白色,正常脑组织呈现红色。
3.皮质运动区及海马(CA1、CA2和CA3)神经元计数:
(1)焦油紫染色可以看到在梗死灶内绝大多数神经元已经死亡,正常细胞数目极少,更多的是坏死变形的神经元或神经元碎片。缺血半暗区神经元肿胀,体积增大,形状改变,半暗区神经元数目较正常区为少,部分细胞肿胀,胞核呈不规则形。
(2)MCAO术后各组缺血侧和健侧皮质运动区神经元计数结果与正常组和假手术组比较差异无统计学意义(P>0.05)。正常组与假手术组缺血侧和健侧神经元计数结果分别为142.39±3.99、144.24±4.11;140.71±3.95、141.67±4.24。
(3)MCAO术后缺血侧和健侧海马CA1、CA2及CA3区神经元计数最低值均出现在术后第5天,各组神经元计数与正常组和假手术组比较差异有统计学意义(P<0.05)。
4.缺血脑组织NgR的表达:
(1)MCAO术后皮质运动区NgR阳性细胞计数:缺血侧和健侧第二高峰均出现在术后第28天,最低值均出现在术后第5天;第一高峰出现的时间有所不同,缺血侧出现在术后第3天,健侧出现在术后第1天。术后1天组健侧、3天组缺血侧、及5天和28天组缺血侧和健侧NgR阳性细胞计数结果与正常组和假手术组比较差异有统计学意义(P<0.05)。
(2)MCAO术后缺血侧及健侧海马CA1、CA2和CA3区NgR阳性细胞计数第二高峰均出现在术后第28天,最低值均出现在术后第5天;第一高峰出现的时间海马CA1及CA2区的健侧及缺血侧均相同,为术后第1天,A3区健侧及缺血侧的第一高峰则出现在术后第2天。CA1和CA2区1天组,各组NgR阳性细胞计数与正常组和假手术组比较差异有统计学意义(P<0.05)。
(3)MCAO术后健侧大脑皮层其他各区及纹状体NgR阳性细胞计数。MCAO术后健侧Cg1/Cg2、GI/DI、S1/S2、Pir、AuD/Aul/AuV、RSGb/RSA和CpuNgR阳性细胞计数表现出不同的变化规律,但总体上仍具有一定的相似性:第一峰值出现在术后第1天,第二峰值出现在术后第28天,最低值均出现在术后第5天。MCAO术后1天、5天和28天健侧Cg1/Cg2、GI/DI、S1/S2、Pir、AuD/Aul/AuV、RSGb/RSA和CpuNgR阳性细胞计数结果与正常组和假手术组比较差异有统计学意义(P<0.05)。
5.皮质运动区及海马(CA1、CA2和CA3)GFAP的表达:
(1)MCAO术后皮质运动区GFAP阳性细胞计数:缺血侧和健侧最高值出现时间不同,分别为术后第7天和第5天;缺血侧和健侧最低值出现在术后第1天,并均在术后第14天出现第二个低谷。术后1天组缺血侧和健侧,5天组健侧,7天组缺血侧,14天组缺血侧和健侧GFAP阳性细胞计数结果分别为:10.35±2.00、8.85±1.58;75.29±2.86;85.61±3.32;16.58±1.98、15.70±2.40。以上各组GFAP阳性细胞计数与正常组和假手术组比较差异有统计学意义(P<0.05)。
(2)MCAO术后GFAP阳性细胞计数海马CA1区缺血侧和健侧最高值均出现在术后第7天;CA2区缺血侧最高值出现在术后第5天,健侧出现在第7天;CA3区缺血侧和健侧最高值均出现在术后第5天。术后CA1区7天组缺血侧和健侧,CA2区5天组缺血侧,CA2区7天组健侧,CA3区5天组缺血侧和健侧GFAP阳性细胞计数结果与正常组和假手术组比较差异有统计学意(P<0.05)。
结论:
1.MCAO术后,皮质运动区神经元数目与正常组比较无明显变化;海马(CA1、CA2和CA3)神经元数目在第5天出现低谷,随后逐渐升高但仍低于正常组。
2.局灶性脑缺血大鼠脑组织中NgR的表达:
(1)局灶性脑缺血大鼠脑组织NgR的区域性表达。同一时间点,同一冠状脑组织切片中,NgR在缺血侧的表达总体上来说要高于健侧;大脑皮层和海马(CA1、CA2和CA3)NgR表达量最高,纹状体次之。
(2)随缺血时间的延长,局灶性脑缺血大鼠脑组织NgR表达变化规律。从同一区域不同时间点来看,NgR表达在不同的区域有不同的变化特点,但在总体变化趋势上呈现出两峰一低谷的现象。第一个高峰出现的时间因区域的不同而异,但大都集中在1到3天;术后第5天出现全脑NgR表达低谷;术后第28天出现全脑NgR表达的第二个高峰。
3.MCAO术后,皮质运动区及海马(CA1、CA2和CA3)GFAP阳性细胞数目变化规律。术后皮质运动区GFAP阳性细胞在1天和14天呈现两个低谷,在5到7天之间出现高峰,14天后又开始逐渐上升接近正常;海马GFAP阳性细胞随梗死时间的延长而逐渐升高在5到7天之间达到峰值,随后降低,但仍高于正常组。