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脑是人体中对缺血缺氧状态最敏感的器官,一旦发生血液循环障碍就可迅速引起脑功能紊乱和神经细胞损害。在急诊医学重点研究的疾病谱中,由脑梗死和心跳骤停导致的脑损伤是最多发和常见的两种缺血缺氧性脑病。在治疗缺血缺氧性脑病的诸多方法中,促进神经新生和神经保护是最有前途的两大治疗策略。
心跳骤停(CA)和心肺复苏(CPR)都会导致血液凝固途径的瞬间激活,而内源性纤溶系统却不能得到相同程度的活化,凝血-纤溶系统之间失平衡导致广泛的微血栓形成,所以在CA患者的微循环中都有纤维蛋白复合物和微血栓存在。溶栓和/或抗凝不但能针对急性心肌梗死、急性肺栓塞等病因予以治疗,而且可以减少微血栓形成、改善重要脏器的微循环(脑、心、肺、肾)。但长期以来由于担心可能会造成严重出血,致使抗凝/溶栓治疗在CPCR中应用的研究都是零散、回顾性和缺乏说服力的。
因此,本课题一方面就是要从体外神经干细胞培养、缺血性脑损伤后内源性成体神经干细胞的激活和异体神经干细胞移植三个层次,探讨NgR1在神经干细胞上的表达状况,探讨NgR1拮抗剂sNgR-Fc能否促进神经干细胞的增殖存活和分化,并初步探讨其相应的信号机制。另一方面利用Meta分析的方法,客观系统地评价溶栓治疗对于经过了心肺复苏的心跳骤停患者的安全性和有效性,并重点评估其是否有利于神经功能的康复。
材料与方法:
建立光化学法大脑皮层局灶缺血梗死(PCI)模型,TTC染色和MRI观察梗死灶的形态和大小。动物分假手术组(n=3)、PBS组(n=3)和sNgR-Fc组(n=3),对sNgR-Fc组用微泵法侧脑室内持续注射NgR1拮抗剂sNgR-Fc。使用免疫组化、电镜和Western blotting等方法观察NgR1在神经干细胞上的表达情况;sNgR-Fc能否促进脑内成体神经干细胞增殖、存活和分化;通过检测SAPK/JNK、P13-k/Akt/GSK-3β、RhoA-CAMP、Notch/bHLH等信号通路中的关键因子而探讨sNgR-Fc的作用机制。
从胚胎鼠的海马提取神经干细胞进行体外培养,观察NgR1在神经干细胞上的表达情况,探讨sNgR-Fc能否促进干细胞的增殖、分化及其相应的信号机制。把培养好的NSCs移植到脑梗塞大鼠的半暗带,PBS组(n=3)于侧脑室内注射PBS,sNgR-Fc组(n=3)则注射sUgR-Fc,观察sNgR-Fc能否促进NSCs的存活、分化并最终改善宿主的肢体运动功能。
从1966~2004年8月MEDLINE数据库光盘中检索有关“心肺复苏术并进行溶栓治疗”和“AMI患者心肺复苏术后并进行溶栓治疗”的非随机同时期对照研究,利用meta分析的方法,比较溶栓治疗能否有效地增加患者的ROSC恢复率、出院率、改善远期神经功能。同时,评估这一疗法对出血率的影响。
结果:
PCI后24 h进行TTC染色,模型组见右顶叶照射区呈白色梗塞灶。MRI显示,梗塞区域包括额叶皮层、顶叶皮层、皮层的前肢和后肢支配区域、部分的枕叶皮层。Western blotting的结果显示,在正常大鼠的海马组织中NgR1的表达较低,而PCI7天后,NgR1的表达显著增强。免疫组化的结果显示,几乎所有BrdU阳性的细胞也同时表达NgR1。 PCI后第7天,在梗塞灶同侧的海马齿状回,sNgR-Fc处理组的BrdU+细胞数显著高于 PBS组(P<0.01),后者又显著高于假手术组(P<0.01)。Western分析结果也表明,sNgR-Fc处理组海马的nestin相对光密度显著高于PBS组,后者又显著高于假手术组(P<0.01)。sNgR-Fc组大鼠在PCI后35天时梗塞灶同侧海马齿状回BrdU+细胞的存活率为34.76%,显著高于PBS组的25.86%(P<0.001)。在PCI后7天,透射电镜可见PBS组存在明显的神经元细胞凋亡、无鞘轴突广泛的轴浆水肿、有鞘轴突方面可见广泛的脱髓鞘和髓鞘板层化现象;在sNgR-Fc组极少见到凋亡细胞、无鞘轴突可见轻度的轴浆水肿、有鞘轴突的脱髓鞘和髓鞘板层化现象明显较轻,形态大致正常。在PCI后7天,p-JNK1、p-JNK2以及其下游的p-c-JUN、p-ATF-2在PBS组较假手术组显著升高,而sNgR-Fc处理后各因子的表达水平显著下降,表明sNgR-Fc对SAPK/JNK凋亡途径有显著的抑制作用;与假手术组相比,PBS组的p-Akt、p-GSK-3p(Ser9)水平变化不大,sNgR-Fc组水平则显著升高,提示sNgR-Fc可以促进PI3-k/Akt/GSK-3 β细胞存活信号通路;相比PBS组,sNgR-Fc组的Bcl-2水平显著升高、Bax水平降低,提示其对细胞的凋亡过程有抑制作用。PBS组的GTP-RhoA水平显著高于假手术组,使用sNgR-Fc后GTP-RhoA水平出现明显的回降,提示sNgR-Fc一定程度上恢复了神经元轴突的再生功能。
PCI后第35天,在梗塞灶同侧的SGZ区,sNgR-Fc处理组的BrdU+细胞的数目显著高于PBS组,NeuN+/BrdU+双标阳性细胞的比率也显著高于PBS组(P<0.05)。对提取自大鼠海马的蛋白质的Westen blotting分析表明,sNgR-Fc组的Notch1、Mash1、Neuro D水平较PBS组明显升高;与PBS组相比,使用sNgR-Fc可显著增加EPOR的水平而明显降低APP和AB的水平,提示NgR-Fc可增强EPO的良性作用而抑制APP和A β的负性作用。
来自SD大鼠16天胚胎海马的细胞明显表现出干细胞特征,几乎所有细胞强表达干细胞标记nestin,并且几乎所有细胞又同时表达NgR1。向培养液中加入不同浓度的sNgR-Fc(0 ng/ml,50 ng/ml,500 ng/ml and 1 μ g/ml),sNgR-Fc剂量依赖性地显著增加NSCs的细胞数目和BrdU的整合比率;在分别加入MW167或MAG后,sNgR-Fc增加BrdU整合率的作用明显被抑制(P<0.01)。Westen blotting分析表明,sNgR-Fc剂量依赖性地显著增加Notch1的水平,而加入Notch1的抑制剂MW167或髓鞘抑制蛋白MAG后,sNgR-Fc激活Notch1的作用明显被抑制。在分化实验的第7天,sNgR-Fc(500ng/ml)处理组的β-Ⅲ tubulin染色阳性并具有神经元样特征的细胞比率明显高于对照组(p<0.01)。 NSCs移植三个月后,镜下见sNgR-Fc干预组的移植物体积显著大于PBS处理组,两组移植物体积分别为1.87±0.40和0.59±0.16 mm(P<0.01)。NSCs移植三个月后,镜下见sNgR-Fc干预组存在大量NeuN+/GFP+细胞,说明移植的NSCs细胞已经分化为神经元,其密度显著高于PBS组(2966.67±450.93 vs766.67±251.67,P<0.01)。旋转运动实验表明,在NSCs移植7、14和21天后,移植并使用sNgR-Fc处理组的大鼠在平衡木上的停留时间都显著长于PBS组(P<0.01)。
“心肺复苏术并进行溶栓治疗”的非随机同时期对照研究10篇入选本meta分析,结果表明溶栓治疗能显著提高患者的24h存活率(P<0.01)、显著提高患者的出院率(P<0.01)、显著改善患者的远期神经功能(P<0.01)。溶栓组严重性出血的发生率显著高于非溶栓组(P<0.01),但这些出血大多数是可治疗的。对“AMI患者心肺复苏术后并进行溶栓治疗”的meta分析也得出了类似的结论。
结论:
使用PCI法可以成功建立稳定的大脑皮层局灶缺血梗死模型。NgR1在神经干细胞上广泛表达,在缺血刺激下表达明显增强。sNgR-Fc促进成年大鼠脑内NSCs的增殖、存活和分化。sNgR-Fc是通过抑制SAPK/JNK凋亡信号通路、促进PI3-k/Akt/GSK-3 β细胞存活信号通路、抑制RhoA信号通路而发挥减少细胞凋亡、促进细胞存活的作用的。sNgR-Fc对NSCs增殖、分化的调节是通过协同某些神经营养因子(如EPO)或拮抗某些抑制因子(如Nogo,MAG,A β)而直接或间接地调节Notch/bHLH信号通路来实现的。
来自SD大鼠16天胚胎海马的细胞明显表现出干细胞特征,几乎所有细胞又同时表达NgR1。sNgR-Fc可以剂量依赖型地增加Notch1的表达,从而促进NSCs的增殖,这一作用可以被髓鞘抑制蛋白MAG和Notch1的抑制剂MW167所抑制。分化实验表明,sNgR-Fc(500ng/ml)处理可以显著提高分化为β-Ⅲ tubulin染色阳性并具有神经元样特征的细胞比率(p<0.01)。把体外增殖的NSCs移植到脑梗塞大鼠的半暗带中,移植细胞可以成功存活。与PBS组相比,sNgR-Fc可以显著增加存活的细胞数目,促进它们更多地分化为神经元,并能最终改善动物的肢体功能。
对“心肺复苏术”或“AMI心肺复苏术”后的患者进行溶栓治疗,都可以显著改善患者的24h存活率、出院率和远期神经功能。虽然Meta分析的合并结果表明溶栓治疗确实增加了严重性出血的发生率,但由于这些出血大部分是可以治疗的,所以出血率的增加并未导致最终死亡率的增加。