PDGF对脊髓损伤后血脊髓屏障和神经血管单元修复的研究

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目的:
  脊髓损伤(Spinal cord injury,SCI)是一种中枢神经系统疾病,导致神经功能的紊乱,严重者或致永久性残疾。目前,脊髓损伤后的血管神经再生与运动功能修复是极其困难的,也是当前全世界神经科学研究领域的主要难题。脊髓损伤病理过程包括原发性损伤和继发性损伤,其中血脊髓屏障破坏与后续脊髓功能障碍有些密切关系,例如神经功能恢复等。血小板衍生生长因子(Platelet derived growth factor,PDGF)是贮存于血小板α颗粒中的一种碱性蛋白质,具有促进血管内皮细胞增殖和迁移,现在已经作为一种临床治疗帕金森疾病的潜在药物。目前关于PDGF对脊髓损伤后的研究少之又少,特别是对血管或神经方面的作用。自噬(autophagy)是一种吞噬自身细胞蛋白并与溶酶体融合进行降解,从而保持细胞内环境的稳定,大量研究表明在脊髓损伤过程中自噬发挥了重要作用,特别是在血脊髓屏障修复,神经以及髓鞘再生中。本实验目的是研究PDGF通过调节自噬流来对血脊髓屏障损伤的修复,从而保护神经血管单元的稳定,来促进脊髓损伤后运动功能的恢复,旨在探索创伤性脊髓损伤后功能恢复的理想策略。
  方法:
  1.动物模型的建立:椎板切除术切除T10段椎骨,并造成小鼠中度损伤模型。将实验中的小鼠随机分为假手术组,SCI组,SCI+PDGF组。
  2.通过伊文氏蓝染料渗透实验,屏障蛋白ZO-1、β-catenin、Occludin、Claudin5的组织免疫荧光染色及Western blot检测小鼠脊髓损伤后血脊髓屏障的破坏和PDGF的保护作用。
  3.SCI后14天,通过血管标记蛋白Lectin和神经元标记蛋白Neun的免疫荧光共定位,星形胶质细胞标志性蛋白GFAP和血管标记蛋白Lectin的免疫荧光共定位分析,以及Masson染色检测胶原蛋白,共同评价PDGF对神经血管单元的保护作用。
  4.通过免疫荧光染色和Western blot检测自噬底物p62蛋白和自噬标记物LC3,证明SCI后自噬流的阻断以及PDGF恢复自噬流的作用。
  5.HE染色、Nissl染色以及神经轴突微管蛋白betaⅢTubulin的免疫荧光染色,评价PDGF对脊髓组织完整性的保护作用以及对神经元轴突再生的作用。
  6.细胞或动物层面上的免疫荧光染色和Western blot实验进一步证实
  PDGFR/AKT信号通路在PDGF对屏障蛋白的保护作用和自噬流调控作用。7.通过Basso-Mouse-Scale(BMS)评分和足步印迹分析评价PDGF及溶酶体抑制剂氯喹(Chloroquine,CQ)对小鼠脊髓损伤后运动功能的恢复的效果。
  结果:
  1.脊髓损伤后脊髓组织的横切和纵切切片的HE、Nissl染色和betaⅢTubulin免疫荧光染色,SCI+PDGF组损伤区域明显小于SCI组,且有较少的神经元凋亡。从Western blot结果来看,脊髓损伤后SCI+PDGF组betaⅢTubulin的表达明显高于SCI组。行为学BMS评分显示小鼠在脊髓损伤后前期各组之间无明显差异,在第7天、14天和28天,SCI+PDGF组运动功能恢复明显优于SCI组。
  2.细胞水平上,PDGF给药能有效保护经双氧水刺激的HUVEC细胞中紧密连接蛋白和粘附连接蛋白。在动物体内,SCI+PDGF组的伊文氏蓝渗透明显低于SCI组,从ZO-1的免疫荧光染色和Western blot结果来看,SCI+PDGF组的表达均高于SCI组,有效减轻了血脊髓屏障的破坏。
  3.Lectin和Neun的免疫荧光染色显示血管形态和周围的神经元数量在脊髓损伤14天后的SCI+PDGF组明显优于SCI组。免疫荧光共染GFAP和Lectin显示在SCI+PDGF组,星形胶质细胞形成的瘢痕得到缓减,有助于血管的形成。Masson染色中,SCI+PDGF组的胶原蛋白也较SCI组要高,共同证明神经血管单元得到了有效保护。
  4.自噬底物p62蛋白和自噬标记物LC3的免疫荧光染色和Western blot结果显示SCI+PDGF组的p62和LC3Ⅱ/LC3Ⅰ表达明显低于SCI组,p-PDGFR和p-AKT的表达上升,表明了PDGF激活PDGFR/AKT通路使脊髓损伤后阻断的自噬流恢复通畅,减轻了细胞的凋亡,保护了细胞内环境的稳定。
  5.SCI+PDGF+CQ组的p62和LC3Ⅱ/LC3Ⅰ表达高于SCI+PDGF组,加重了自噬流的阻断,其屏障蛋白的表达低于SCI+PDGF组,BMS评分和足部印迹分析中,SCI+PDGF+CQ组的恢复都明显低于SCI+PDGF组,表明CQ逆转了PDGF对血脊髓屏障的保护作用和运动功能的恢复。
  结论:
  本研究初步证实了PDGF能促进SCI后小鼠的运动功能恢复,促进血脊髓屏障恢复和神经血管单元修复。外源性的PDGF能够通过PDGFR/AKT信号恢复自噬流通畅来维持血脊髓屏障的稳定,减轻脊髓组织的损伤程度。研究认为PDGF作为治疗脊髓损伤后的药物具有极大潜在的引用价值。但是PDGF治疗脊髓损伤后的修复机制还需要进一步的研究和论证,特别是对胶质细胞等的影响。总之,我们的研究表明PDGF通过PDGFR/AKT和自噬信号调节脊髓损伤后血脊髓屏障及神经血管单元修复提供了一种全新的治疗思路。
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