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      針康法對腦缺血大鼠神經(jīng)功能及缺血半暗區(qū)皮層細(xì)胞凋亡相關(guān)蛋白表達(dá)的影響①

      2018-05-25 07:45:30葉濤朱路文阮野李宏玉吳孝軍陳玉宏趙一點(diǎn)田源唐強(qiáng)
      關(guān)鍵詞:腦缺血神經(jīng)功能針刺

      葉濤,朱路文,阮野,李宏玉,吳孝軍,陳玉宏,趙一點(diǎn),田源,唐強(qiáng)

      1.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué),黑龍江哈爾濱市150040;2.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第二醫(yī)院,黑龍江哈爾濱市150001

      腦卒中是中國人的主要死亡原因,也是全球成年人永久性殘疾的最常見原因,其中缺血性腦卒中約占所有病例的80%,治療方案有限[1]。針康法是腦卒中康復(fù)的一種新策略[2],即在頭穴叢刺長留針期間同步進(jìn)行各種康復(fù)訓(xùn)練,強(qiáng)調(diào)“針康同步、動態(tài)治療、整體康復(fù)”的治療理念,能顯著改善腦卒中患者運(yùn)動障礙、平衡障礙、言語障礙及吞咽障礙等,提高日常生活活動能力,總有效率達(dá)94.67%,優(yōu)于單一針刺、康復(fù)訓(xùn)練。既往我們從腦缺血后神經(jīng)再生、血管新生、軸突再生、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡等多個方面對針康法的腦保護(hù)作用進(jìn)行探討,為針康法的臨床推廣應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)[2-9]。

      腦缺血再灌注損傷誘導(dǎo)的caspase家族“瀑布式”次序激活,與神經(jīng)細(xì)胞的凋亡密切相關(guān)。本課題組研究證實(shí),針康法的抗凋亡機(jī)制與促進(jìn)缺血半暗區(qū)X連鎖凋亡抑制蛋白(X-linked inhibitor of apoptosis protein,XIAP)表達(dá)、抑制caspase-9蛋白活化有關(guān)[4]。

      在caspase級聯(lián)反應(yīng)中,caspase-8和caspase-3分別為起始者與執(zhí)行者的核心,是細(xì)胞凋亡發(fā)生的關(guān)鍵步驟及凋亡信號傳導(dǎo)的共同通路[10-11];細(xì)胞凋亡抑制蛋白1(cellular inhibitor of apoptosis 1,cIAP1)能直接抑制caspase家族成員,調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡相關(guān)傳導(dǎo)通路,具有廣泛的抗凋亡活性[12-13]。

      本研究觀察針康法對腦缺血大鼠神經(jīng)功能及cleaved-caspase-8、cleaved-caspase-3和cIAP1表達(dá)的影響,探討針康法腦保護(hù)作用的相關(guān)機(jī)理。

      1 材料與方法

      1.1 實(shí)驗動物及分組

      SPF級Sprague-Dawley大鼠,雄性,10~12周齡,初始體質(zhì)量240~260 g,購于遼寧長生生物技術(shù)有限公司,合格證號SCXK(遼)2015-0001。

      大鼠飼養(yǎng)于黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)藥物安全性評價中心SPF級屏障環(huán)境。人工光照12 h∶12 h明暗交替,室溫(24±1)℃,濕度(65±10)%,噪音<60 dB,通風(fēng)良好,自由食水。

      實(shí)驗前,大鼠適應(yīng)性跑臺訓(xùn)練,速度15 m/min,每天15 min,共3 d,篩選愿意跑臺訓(xùn)練的大鼠90只。

      本實(shí)驗經(jīng)黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)動物實(shí)驗管理委員會批準(zhǔn),實(shí)驗大鼠的處置符合2006年科技部發(fā)布的《關(guān)于善待實(shí)驗動物的指導(dǎo)性意見》。

      隨機(jī)數(shù)字表法[4]將90只大鼠分入假手術(shù)組、模型組、針刺組、康復(fù)組和針康組,每組18只,再分成3d、7 d、14 d三個亞組(n=6)。

      造模失敗或?qū)嶒炛兴劳?,另選大鼠補(bǔ)充。

      1.2 主要儀器和試劑

      ZH-PT型動物實(shí)驗跑臺:徐州利華電子科技發(fā)展有限公司。R03-1型大鼠轉(zhuǎn)棒疲勞儀:上海欣軟信息科技有限公司。ELX-800型酶標(biāo)儀:美國BIOTEK公司。WD-9413B型凝膠成像系統(tǒng)、WD-9405B型水平搖床、DY-CZ-24DN型雙垂直蛋白電泳儀、DYY-7C型電泳儀、DYCZ-40D型轉(zhuǎn)移槽:北京六一生物科技有限公司。一次性無菌針灸針:北京漢醫(yī)醫(yī)療器械中心。

      cleaved-caspase-8、cleaved-caspase-3多克隆抗體:美國CELL SIGNALING TECHNOLOGY公司。cIAP1多克隆抗體:美國SANTA CRUZ公司。PVDF膜:美國MILLIPORE公司。預(yù)染蛋白分子量標(biāo)準(zhǔn):加拿大FERMENTAS公司。TEMED:美國AMRESCO公司。驢抗山羊IgG-HRP:上海碧云天生物技術(shù)公司。內(nèi)參抗體β-actin、羊抗兔IgG-HRP、ECL發(fā)光液:沈陽萬類生物科技有限公司。

      1.3 造模及入組

      參考前期實(shí)驗研究[6],改良Koizumi線栓法[14]制備大鼠永久性大腦中動脈閉塞腦缺血模型。大鼠術(shù)前12 h禁食,不禁水。10%水合氯醛300 mg/kg腹腔注射麻醉。于(37±1)℃恒溫手術(shù)臺上固定大鼠,頸部術(shù)區(qū)備皮、消毒,鈍性剝離皮下組織,暴露右側(cè)頸總、頸外、頸內(nèi)動脈,依序結(jié)扎頸總動脈近心端、頸外動脈遠(yuǎn)心端,頸總動脈主干下方備活結(jié)。微動脈夾阻閉分叉處血流,距分叉處5 mm開一個“V”形口,將3 cm線栓(前端2~3 mm石蠟包埋處理)由此口插入;松開微動脈夾,線栓沿頸內(nèi)動脈進(jìn)入,達(dá)大腦中動脈分支起始處,固定頸總動脈上的活結(jié)。常規(guī)消毒、縫合,白熾燈照射維持肛溫(37±1)℃至蘇醒。

      假手術(shù)組不插入魚線,其余操作相同。

      術(shù)后24 h行Longa評分,1~3分大鼠納入實(shí)驗。

      1.4 干預(yù)方法

      術(shù)后24 h,針刺組予頭穴叢刺治療。定位大鼠百會穴及其左右旁開2 mm處,采用直徑0.25 mm、長25 mm針灸針叢刺,快速捻轉(zhuǎn)1 min后留針2 h,每天1次。

      康復(fù)組予循序漸進(jìn)電動跑臺訓(xùn)練。坡度0°,速度前3 d 8 m/min,4~7 d 12 m/min,7 d后15 m/min,每次30 min,每天1次。

      針康組予頭穴叢刺,在長留針期間,行跑臺訓(xùn)練。針刺和跑臺方案同針刺組和康復(fù)組。

      假手術(shù)組和模型組術(shù)后同等條件抓取,不進(jìn)行任何治療。

      1.5 神經(jīng)功能評定

      1.5.1 改良神經(jīng)功能缺損評分(modified Neurological Severity Score,mNSS)[6]

      各亞組采用mNSS,從運(yùn)動、感覺、橫梁平衡與反射缺損和異常活動四方面評估各組大鼠神經(jīng)功能缺損。0分正常,1~6分輕度損傷,7~12分中度損傷,13~18分重度損傷。由不參與動物實(shí)驗的2名研究人員分別進(jìn)行,取平均值。

      1.5.2 轉(zhuǎn)棒測試

      各亞組采用平衡運(yùn)動轉(zhuǎn)棒儀測試大鼠運(yùn)動協(xié)調(diào)能力[15-16]。開啟電源,轉(zhuǎn)輪勻速后,將大鼠置于旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪上,開始加速,在5 min內(nèi),將速度從4 r/min加速到40 r/min,如果動物從轉(zhuǎn)輪上脫落或抓住裝置并連續(xù)旋轉(zhuǎn)兩次而不嘗試在轉(zhuǎn)輪上行走,則測試結(jié)束,記錄大鼠在轉(zhuǎn)桿上停留的時間。每天2次,重復(fù)測試3次,每次間隔15 min。動物術(shù)前3 d開始訓(xùn)練,術(shù)前1 d測試作為基線對照值;計算術(shù)后3 d、7 d及14 d測試值與對照值的比值[17-18]。

      1.6 Western blotting

      神經(jīng)功能評定后,各亞組10%水合氯醛4 ml/kg腹腔注射麻醉后斷頭取腦,冠狀位切取缺血側(cè)前囟前后各2 mm腦組織,液氮速凍5 min后轉(zhuǎn)移至-80℃冰箱備用。取適量樣本,加入蛋白裂解液,制成蛋白勻漿;冰上靜置5 min后,4℃12000 r/min離心10 min,取上清液,BCA法測定蛋白總量。上樣體積20 μl,含蛋白40 μg。

      濃縮膠濃度5%,分離膠濃度10%(cIAP1、cleaved-caspase-8)、 13% (cleaved-caspase-3)。SDS-PAGE電泳分離目的蛋白(80 V,2.5 h),電轉(zhuǎn)移至PVDF膜上(80 V,1.5 h)。5%脫脂奶粉室溫封閉1 h,加 cleaved-caspase-8(1∶ 500)、 cleaved-caspase-3(1∶500)一抗4℃過夜,加入羊抗兔IgG-HRP(1∶5000)二抗,37℃孵育45 min。加入cIAP1(1∶100)一抗4℃過2夜,加入驢抗山羊IgG-HRP(1:5000)二抗,37℃孵育2 h。洗膜后ECL發(fā)光液孵育5 min,顯影后拍攝。內(nèi)參β-action(1∶1000)檢測過程同目標(biāo)蛋白。

      采用Gel-Pro-Analyzer 4.0分析條帶灰度值,以目標(biāo)蛋白條帶灰度值/β-action條帶灰度值為該樣本目標(biāo)蛋白相對表達(dá)量,以模型組某一樣本蛋白相對表達(dá)量為1,其余樣本均為與其校正后的相對表達(dá)量[4]。

      1.7 統(tǒng)計學(xué)分析

      采用SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理。數(shù)據(jù)均以(±s)表示。采用單因素方差分析,兩兩比較,方差齊者用LSD-t檢驗,不齊者用Tamhane's T2檢驗。顯著性水平α=0.05。

      2 結(jié)果

      2.1 神經(jīng)功能評定

      2.1.1 mNSS

      術(shù)后各時間點(diǎn),假手術(shù)組mNSS評分均為0;與假手術(shù)組比較,模型組mNSS評分升高(P<0.05)。與模型組比較,各治療組mNSS評分降低(P<0.05)。術(shù)后7 d、14 d,與針刺組、康復(fù)組比較,針康組mNSS評分進(jìn)一步降低(P<0.05)。見表1。

      表1 術(shù)后各時間點(diǎn)各組mNSS評分比較

      2.1.2 轉(zhuǎn)棒測試

      術(shù)后各時間點(diǎn),與假手術(shù)組比較,模型組停留時間縮短(P<0.05)。與模型組比較,各治療組停留時間均延長(P<0.05)。術(shù)后7 d、14 d,與針刺組、康復(fù)組比較,針康組停留時間進(jìn)一步延長(P<0.05)。見表2。

      表2 術(shù)后各時間點(diǎn)各組轉(zhuǎn)棒測試比較

      2.2 Western blotting

      術(shù)后各時間點(diǎn),假手術(shù)組可見cleaved-caspase-8、cleaved-caspase-3少量表達(dá)。與假手術(shù)組比較,各時間點(diǎn)模型組cleaved-caspase-8、cleaved-caspase-3表達(dá)升高(P<0.05);與模型組比較,各治療組各時間點(diǎn)cleaved-caspase-8、cleaved-caspase-3表達(dá)降低(P<0.05)。與針刺組、康復(fù)組比較,術(shù)后7 d、14 d,針康組cleaved-caspase-8表達(dá)進(jìn)一步降低(P<0.05)。見圖1~圖2、表3~表4。

      術(shù)后各時間點(diǎn),假手術(shù)組可見cIAP1蛋白高表達(dá)。與假手術(shù)組比較,各時間點(diǎn)模型組cIAP1表達(dá)降低(P<0.05)。與模型組比較,各治療組各時間點(diǎn)cIAP1表達(dá)升高(P<0.05)。與針刺組、康復(fù)組比較,術(shù)后7 d、14 d,針康組cIAP1表達(dá)進(jìn)一步升高(P<0.05)。見圖3、表5。

      表3 術(shù)后各時間點(diǎn)各組cleaved-caspase-8蛋白比較

      圖1 術(shù)后各時間點(diǎn)各組cleaved-caspase-8蛋白表達(dá)

      表4 術(shù)后各時間點(diǎn)各組cleaved-caspase-3蛋白比較

      圖2 術(shù)后各時間點(diǎn)各組cleaved-caspase-3蛋白表達(dá)

      表5 術(shù)后各時間點(diǎn)各組cIAP1蛋白比較

      圖3 術(shù)后各時間點(diǎn)各組cIAP1蛋白表達(dá)

      3 討論

      缺血急性期,缺血中心區(qū)由于突發(fā)血液供應(yīng)中斷,發(fā)生嚴(yán)重細(xì)胞膜離子泵功能障礙及能量代謝衰竭,引發(fā)神經(jīng)細(xì)胞死亡,形成不可逆性腦組織損害;而缺血半暗區(qū)腦組織,由于存在側(cè)支循環(huán)或大動脈殘留血流等原因,細(xì)胞處于休眠狀態(tài),具有可逆性。挽救處于休眠狀態(tài)的神經(jīng)細(xì)胞,對于受損腦組織的結(jié)構(gòu)重塑、神經(jīng)功能的恢復(fù),具有重要意義。

      前期研究證實(shí)[4],針康法能有效抑制腦缺血后神經(jīng)細(xì)胞凋亡,改善大鼠神經(jīng)功能缺損,優(yōu)于單一的針刺、康復(fù)訓(xùn)練,機(jī)制與其上調(diào)腦缺血后缺血半暗區(qū)XIAP蛋白表達(dá),抑制caspase-9活化,降低線粒體途徑介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡有關(guān)。本研究顯示,腦缺血后,大鼠神經(jīng)功能損傷嚴(yán)重,存在明顯運(yùn)動協(xié)調(diào)功能障礙;隨著時間延長,大鼠神經(jīng)功能和運(yùn)動障礙有一定程度改善;針康法在促進(jìn)神經(jīng)功能改善的同時,也促進(jìn)大鼠協(xié)調(diào)運(yùn)動功能的恢復(fù),并在一定時期后,優(yōu)于單一針刺和康復(fù)訓(xùn)練,有一定治療優(yōu)勢。

      caspase家族在細(xì)胞凋亡調(diào)控機(jī)制網(wǎng)絡(luò)中處于中心地位。caspase-8、caspase-9分別為死亡受體途徑、線粒體凋亡途徑的上游“起始者”,而caspase-3為啟動凋亡發(fā)生的最終“執(zhí)行者”。caspase-8在死亡受體介導(dǎo)的凋亡途徑中扮演重要角色[10,19-21]:無論是Fas介導(dǎo)通路,還是腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)凋亡途徑,最終都激活caspase-8,進(jìn)而活化caspase-3、caspase-6、caspase-7等,激活caspase級聯(lián)反應(yīng),導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。激活的caspase-8能在胞漿中裂解Bcl-2家族成員Bid,裂解產(chǎn)物的羧基端片段tBid轉(zhuǎn)移到線粒體上,誘導(dǎo)線粒體釋放細(xì)胞色素C,啟動caspase-9介導(dǎo)的線粒體凋亡途徑[22]。這說明無論在細(xì)胞外途徑還是在細(xì)胞內(nèi)途徑中,caspase-8都是關(guān)鍵的調(diào)控蛋白,活化的caspase-8連接著死亡受體通路與線粒體通路的Cross-talk。

      IAP家族是生物發(fā)育和生長過程中廣泛表達(dá)的凋亡抑制因子,其凋亡抑制作用比包括Bcl-2家族在內(nèi)的其他任何家族都要廣泛。它一方面可直接作用于caspase,通過與其相互作用并抑制其活性,發(fā)揮抗細(xì)胞凋亡作用;另一方面又在調(diào)控凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中發(fā)揮關(guān)鍵作用[12,23-24]。有文獻(xiàn)報道[25-26],cIAP1、cIAP2、XIAP可以通過阻斷細(xì)胞色素C誘導(dǎo)的caspase-9活化,阻止pro-caspase-3、pro-caspase-6、pro-caspase-7的蛋白水解;這些IAP家族成員不能阻止caspase-8誘導(dǎo)的pro-caspase-3蛋白水解活化,但可通過直接抑制活化的caspase-3,中斷下游凋亡事件。另有報道[27],TNF信號有誘導(dǎo)核因子-κB(nuclear factor κB,NF-κB)的能力,而NF-κB的過度表達(dá)可抑制細(xì)胞凋亡發(fā)生。

      cIAP1/2的抗凋亡活性與其調(diào)節(jié)先天性免疫應(yīng)答中的NF-κB信號傳導(dǎo)途徑的能力有關(guān)[23],可觸發(fā)K63自我泛素化和受體相互作用蛋白1(receptor interacting protein 1,RIP1)的K11和K63泛素化,導(dǎo)致NF-κB激活和細(xì)胞存活[28];與腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子(tumor necrosis factor receptor-associated factors,TRAFs)綁定,促使cIAP1/2與TNF受體反應(yīng),而與Smac/Diablo的綁定能使Smac與XIAP分離,實(shí)現(xiàn)XIAP對caspases家族成員的抑制[13,29-31]。此外,cIAP1還能對含有RING結(jié)構(gòu)域的cIAP2、XIAP和Livin等IAPs家族成員進(jìn)行調(diào)控,使其經(jīng)過泛素-蛋白酶體途徑降解[30]。

      本研究顯示,腦缺血后,cleaved-caspase-8、cleaved-caspase-3持續(xù)高表達(dá),cIAP1持續(xù)低表達(dá),提示caspase介導(dǎo)的凋亡途徑在調(diào)控腦缺血后細(xì)胞凋亡中發(fā)揮重要作用,cIAP1表達(dá)缺陷與caspase激活介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑間存在某種關(guān)聯(lián)。針刺、康復(fù)及針康治療均可有效抑制caspase-8、caspase-3活化介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡,解除cIAP1表達(dá)抑制,上調(diào)cIAP1表達(dá)水平,共同抑制caspases介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡級聯(lián)反應(yīng)。腦缺血后7 d、14 d,針康法的這種抗凋亡效應(yīng)優(yōu)于單一針刺、康復(fù)訓(xùn)練。

      最近,我們通過免疫熒光雙標(biāo)檢測發(fā)現(xiàn),腦缺血后3 d、7 d、14 d,cIAP1在腦缺血后的神經(jīng)元(NeuN標(biāo)記)、微血管(CD31標(biāo)記)上均存在共表達(dá),針康法治療可上調(diào)cIAP1在神經(jīng)元、微血管的表達(dá)量,提示cIAP1是介導(dǎo)針康法發(fā)揮神經(jīng)元保護(hù)和血管保護(hù)的共同靶點(diǎn)。

      綜上所述,針康法可以改善腦缺血大鼠神經(jīng)功能缺損,促進(jìn)運(yùn)動協(xié)調(diào)能力恢復(fù),優(yōu)于單一針刺、康復(fù)訓(xùn)練;其機(jī)制可能與抑制caspase-8、aspase-3蛋白活化,促進(jìn)cIAP1蛋白表達(dá),從而抑制caspases介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡級聯(lián)反應(yīng)有關(guān)。

      當(dāng)前,我們尚不能明確腦缺血后cIAP1與caspsae-8、caspase-3存在何種聯(lián)系,cIAP1的缺失是否會反轉(zhuǎn)針康法的抗凋亡作用。下一步我們將采用慢病毒介導(dǎo)的cIAP1基因沉默技術(shù),進(jìn)一步探討cIAP1在針康法發(fā)揮腦保護(hù)作用中的作用及相關(guān)機(jī)制,為針康法的臨床應(yīng)用奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

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