槐定堿對(duì)永久性大腦中動(dòng)脈栓塞大鼠腦細(xì)胞的作用及機(jī)制研究

薛玉梅，李獻(xiàn)軍，孟 巖，宋 哲，劉惠欽，李曉兵*

1.石家莊市人民醫(yī)院 神經(jīng)內(nèi)科，河北 石家莊 050027

2.石家莊市人民醫(yī)院 藥學(xué)部，河北 石家莊 050027

腦梗死是臨床中常見的腦血管疾病，組織缺血缺氧導(dǎo)致壞死或軟化，嚴(yán)重危害人類的生命。細(xì)胞凋亡是腦梗死引起神經(jīng)損傷的重要機(jī)制之一，缺血缺氧下凋亡相關(guān)信號(hào)通路激活，引起神經(jīng)細(xì)胞凋亡，腦梗死灶體積和神經(jīng)功能缺損嚴(yán)重程度與細(xì)胞凋亡程度呈正相關(guān)[1]?；倍▔A是從豆科槐屬植物苦豆子Sophora alopecuroidesL.中提取分離的單體生物堿，具有抑制炎性因子分泌、抗氧化、抗癌、保護(hù)心腦血管等作用[2-3]?；倍▔A能夠通過下調(diào)腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6（tumor necrosis factor receptorassociated factor6，TRAF6）、上調(diào)磷酸化細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2（extracellular regulated kinase 1/2，p-ERK1/2）表達(dá)，從而減輕大鼠腦損傷和腦水腫程度[4]。本課題組前期研究表明，槐定堿能夠抑制氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)，對(duì)局灶性腦缺血大鼠具有神經(jīng)保護(hù)作用[5]。本研究探究槐定堿對(duì)永久性大腦中動(dòng)脈栓塞（permanent middle cerebral artery occlusion，pMCAO）大鼠腦細(xì)胞凋亡的影響，為槐定堿的臨床應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料

1.1 動(dòng)物

清潔級(jí)SD 大鼠70 只，雌雄各半，8 周齡，體質(zhì)量240～275 g，購自寧夏醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，動(dòng)物許可證號(hào)SYXK（寧）20100001。動(dòng)物于溫度（24±1）℃、濕度50%～70%的環(huán)境中適應(yīng)性飼養(yǎng)1 周，自由進(jìn)食飲水。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)經(jīng)石家莊市人民醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（批準(zhǔn)號(hào)2016017）。

1.2 藥品與試劑

槐定堿（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞98%，批號(hào)960324）購自寧夏藥物研究所；BCA 蛋白定量試劑盒、Annexin V-FITC/碘化丙啶（PI）細(xì)胞凋亡檢測(cè)試劑盒購自江蘇凱基生物技術(shù)股份有限公司；2,3,5-氯化三苯基四氮唑（TTC）溶液（批號(hào)T8170）購自北京索萊寶科技有限公司；兔源B 淋巴細(xì)胞瘤2（B-cell lymphoma 2，Bcl-2）抗體（批號(hào)sc-492）購自美國(guó)Santa Cruz 公司；兔源Bcl-2 相關(guān)X 蛋白（Bcl-2 associated X protein，Bax）抗體（批號(hào)2772s）、兔源半胱氨酸蛋白酶-3（Caspase-3）抗體（批號(hào)9662s）、β-actin 抗體（批號(hào)4970s）、HRP 標(biāo)記的山羊抗兔抗體購自美國(guó)CST 公司。

1.3 儀器

PAC 1000 電泳儀、FACSCanto 流式細(xì)胞儀、GelDoc XR＋凝膠成像儀（美國(guó)Bio-Rad 公司）；TS-8S 型雙層脫色搖床（海門市其林貝爾儀器制造有限公司）；JY92-ⅡD 型超聲波細(xì)胞破碎機(jī)（南京貝帝實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）。

2 方法

2.1 分組與給藥

SD 大鼠隨機(jī)分為對(duì)照組、模型組及槐定堿低、中、高劑量（2.5、5.0、10.0 mg/kg）組[4]，每組14只?；倍▔A溶于0.9%氯化鈉溶液，分別配制成質(zhì)量濃度為2.5、5.0、10.0 mg/mL 的溶液。各給藥組ip相應(yīng)溶液（1 mL/kg），對(duì)照組和模型組ip 等體積0.9%氯化鈉溶液，1 次/d，連續(xù)5 d。末次給藥后，模型組和各給藥組立即制備pMCAO 模型。

2.2 pMCAO 模型的制備

采用Longa 改良線栓法[6]建立大鼠pMCAO 模型，大鼠ip 20%烏拉坦（6 mL/kg）麻醉后，于頸部正中切口并進(jìn)行動(dòng)脈分離，結(jié)扎右側(cè)頸總動(dòng)脈近心端，在頸內(nèi)動(dòng)脈下方穿線備用；在右側(cè)頸總動(dòng)脈距離分叉約4 mm 處剪口，將栓線經(jīng)過頸內(nèi)動(dòng)脈插入大腦中動(dòng)脈起始端（栓線最遠(yuǎn)端距分叉處18～20 mm），阻斷大腦中動(dòng)脈供血；結(jié)扎頸內(nèi)動(dòng)脈固定拴線，記錄時(shí)間作為大腦局灶性缺血開始的時(shí)間，線栓阻斷血流24 h。對(duì)照組僅進(jìn)行動(dòng)脈分離，不插線。

2.3 槐定堿對(duì)pMCAO 大鼠神經(jīng)功能評(píng)分的影響

術(shù)后大鼠進(jìn)行神經(jīng)行為癥狀評(píng)分，判定神經(jīng)功能損傷程度[6]。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：0 分為大鼠無神經(jīng)功能缺失癥狀；1 分為大鼠梗死對(duì)側(cè)前爪內(nèi)收、不能伸展對(duì)側(cè)前肢；2 分為大鼠前肢屈曲對(duì)側(cè)抵抗推力下降，行走時(shí)向偏癱側(cè)旋轉(zhuǎn)；3 分為大鼠行走時(shí)向偏癱側(cè)傾倒；4 分為大鼠不能自發(fā)行走，意識(shí)喪失。

2.4 槐定堿對(duì)pMCAO 大鼠腦梗死率的影響

術(shù)后各組隨機(jī)選取5 只大鼠，斷頭處死，取腦，去掉嗅球、小腦和低位腦干，以2 mm 為間隔行腦組織冠狀切片，于2% TTC 染液中避光孵育30 min，于4%多聚甲醛溶液中固定1 h，拍照并觀察梗死情況，紅色區(qū)域?yàn)檎ＤX組織，白色區(qū)域?yàn)楣Ｋ啦∽兊哪X組織，采用Image J 軟件計(jì)算腦梗死率[7]。

2.5 槐定堿對(duì)pMCAO 大鼠缺血半暗帶區(qū)細(xì)胞凋亡的影響

大鼠ip 20%烏拉坦麻醉，打開胸腔，用200 mL 4%多聚甲醛進(jìn)行心臟灌注。大鼠斷頭處死，取60 mg大腦缺血半暗帶區(qū)組織，即右側(cè)大腦半球距離嗅球尖端7～11 mm 額頂皮質(zhì)上部，制成單細(xì)胞懸液，調(diào)整細(xì)胞密度至1×109/L，2000 r/min 離心5 min，棄上清，細(xì)胞沉淀加入5 μL Annexin V-FITC 和PI，避光孵育，再加入490 μL 1×Binding Buffer，采用流式細(xì)胞儀于1 h 內(nèi)檢測(cè)細(xì)胞凋亡情況[8]。

2.6 槐定堿對(duì)pMCAO 大鼠腦組織病理變化的影響

大鼠斷頭取腦，取缺血部位腦組織，于4%多聚甲醛溶液中固定，梯度乙醇脫水、無水乙醇及二甲苯透明、浸蠟、石蠟包埋后切片（厚5 μm），冠狀切片貼于載玻片上，于4 ℃保存；石蠟切片經(jīng)脫蠟、染色、脫水、透明后，中性樹脂封片，于顯微鏡下觀察腦組織病理變化。

2.7 槐定堿對(duì)pMCAO 大鼠腦組織Bcl-2、Bax 和Caspase-3 蛋白表達(dá)的影響

取大鼠缺血部位腦組織，于液氮中研碎，加入裂解液提取總蛋白，采用BCA 蛋白定量試劑盒測(cè)定蛋白質(zhì)量濃度，蛋白樣品經(jīng)十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳，轉(zhuǎn)至PVDF 膜，于5%脫脂牛奶室溫封閉2 h，分別加入Bcl-2、Bax、Caspase-3 和β-actin 抗體（1∶1000），4 ℃孵育過夜；加入HRP標(biāo)記的山羊抗兔抗體室溫孵育2 h，加入ECL 試劑顯影，采用Quantity One 軟件分析。

2.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

數(shù)據(jù)以±s表示，采用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，多組間均數(shù)比較采用單因素方差分析（One-way ANOVA），兩兩之間比較采用最小顯著差數(shù)法。

3 結(jié)果

3.1 槐定堿對(duì)pMCAO 大鼠神經(jīng)功能評(píng)分的影響

如表1 所示，對(duì)照組大鼠神經(jīng)功能正常，模型組大鼠出現(xiàn)缺血對(duì)側(cè)前肢不能伸直、轉(zhuǎn)圈等不同程度的神經(jīng)缺陷癥狀。與模型組相比，各給藥組大鼠神經(jīng)缺陷癥狀得到改善。

3.2 槐定堿對(duì)pMCAO 大鼠腦梗死率的影響

如圖1 所示，與對(duì)照組比較，模型組大鼠腦梗死率顯著升高（P＜0.01）；與模型組比較，槐定堿中、高劑量組大鼠腦梗死率顯著降低（P＜0.05、0.01）。

3.3 槐定堿對(duì)pMCAO 大鼠缺血半暗帶區(qū)細(xì)胞凋亡的影響

如圖2 所示，與對(duì)照組比較，模型組大鼠缺血半暗帶細(xì)胞凋亡率明顯升高（P＜0.01）；與模型組比較，各給藥組大鼠缺血半暗帶細(xì)胞凋亡率明顯降低（P＜0.05、0.01）。

表1 槐定堿對(duì)pMCAO 大鼠神經(jīng)功能評(píng)分的影響 (± s, n = 14)Table 1 Effect of sophoridine on neurological score in pMCAO rats (± s, n = 14)

表1 槐定堿對(duì)pMCAO 大鼠神經(jīng)功能評(píng)分的影響 (± s, n = 14)Table 1 Effect of sophoridine on neurological score in pMCAO rats (± s, n = 14)

劑量/(mg·kg-1) 0 分 1 分 神經(jīng)功2 分能 評(píng) 分 3 分 — 14 0 0 0 — 0 0 3 8 組別 4 分 對(duì)照 0 模型 3 槐定堿 2.5 0 1 6 7 0 5.0 0 1 9 4 0 10.0 0 3 9 2 0

圖1 槐定堿對(duì)pMCAO 大鼠腦梗死率的影響 ( ± s , n=5)Fig.1 Effect of sophoridine on cerebral infarction rate in pMCAO rats ( ± s , n=5)

圖2 槐定堿對(duì)pMCAO 大鼠缺血半暗帶區(qū)細(xì)胞凋亡的影響 (± s, n = 9)Fig.2 Effect of sophoridine on apoptosis of ischemic penumbra in pMCAO rats (± s, n = 9)

3.4 槐定堿對(duì)pMCAO 大鼠腦組織病理變化的影響

如圖3 所示，對(duì)照組大鼠大腦皮質(zhì)結(jié)構(gòu)完整，神經(jīng)細(xì)胞排列及形態(tài)正常，胞膜完整，胞質(zhì)豐富，核仁清楚；模型組大鼠大腦皮質(zhì)廣泛水腫，細(xì)胞排列紊亂，胞質(zhì)空泡樣變，部分核固縮，核仁消失，神經(jīng)元數(shù)目明顯減少，間質(zhì)血管擴(kuò)張充血，炎性細(xì)胞浸潤(rùn)；與模型組相比，各給藥組大鼠腦組織水腫減輕，神經(jīng)細(xì)胞形態(tài)有所改善，核固縮和核溶解程度減輕，細(xì)胞凋亡與壞死減少，神經(jīng)元數(shù)目增加。

圖3 槐定堿對(duì)pMCAO 大鼠腦組織病理變化的影響Fig.3 Effect of sophoridine on pathological changes of brain tissue in pMCAO rats

3.5 槐定堿對(duì)大鼠pMCAO 腦組織Bcl-2、Bax 和Caspase-3 蛋白表達(dá)的影響

如圖4 所示，與對(duì)照組比較，模型組大鼠腦組織Bcl-2 蛋白表達(dá)水平顯著降低（P＜0.01），Bax和Caspase-3 蛋白表達(dá)水平顯著升高（P＜0.01）；與模型組比較，各給藥組大鼠腦組織Bcl-2 蛋白表達(dá)水平顯著升高（P＜0.05、0.01），Bax 蛋白表達(dá)水平 顯著降低（P＜0.05、0.01），槐定堿中、高劑量組Caspase-3 蛋白表達(dá)水平顯著降低（P＜0.01）。

圖4 槐定堿對(duì)pMCAO 大鼠腦組織Bcl-2、Bax 和Caspase-3 蛋白表達(dá)的影響 (± s, n = 9)Fig.4 Effect of sophoridine on expressions of Bcl-2, Bax, and Caspase-3 in brain tissue of pMCAO rats (± s, n = 9)

4 討論

缺血性腦卒中是臨床上常見且多發(fā)的疾病，其病理過程涉及腦組織能量代謝障礙、神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)鈣超載、氧化應(yīng)激損傷、炎性反應(yīng)、細(xì)胞凋亡等多個(gè)環(huán)節(jié)，其中神經(jīng)細(xì)胞凋亡是腦缺血損傷的重要環(huán)節(jié)[9]。腦細(xì)胞缺血缺氧后，腦梗死區(qū)域與正常腦組織間存在以細(xì)胞凋亡為主的缺血半暗帶區(qū)，通過調(diào)節(jié)該區(qū)域神經(jīng)細(xì)胞的凋亡，能夠有效減少神經(jīng)細(xì)胞壞死數(shù)量和梗死區(qū)域面積，減輕神經(jīng)功能損傷[10]。因此，及時(shí)、有效地阻止腦缺血后神經(jīng)細(xì)胞凋亡，對(duì)減輕腦缺血損傷尤為重要。研究發(fā)現(xiàn)，中藥能夠通過調(diào)節(jié)線粒體凋亡途徑抑制細(xì)胞凋亡，從而發(fā)揮腦神經(jīng)保護(hù)作用[11]。課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，槐定堿對(duì)局灶性腦缺血大鼠模型具有神經(jīng)保護(hù)作用。

Bcl-2 家族蛋白在線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，能夠通過控制線粒體膜的通透性，影響凋亡相關(guān)因子的釋放，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞凋亡[12]。由線粒體釋放的細(xì)胞色素C（cytochrome C，CytC）與凋亡蛋白酶激活因子-1（apoptotic protease activating factor 1，Apaf-1）結(jié)合形成凋亡小體，進(jìn)而促進(jìn)Caspase 前體活化，啟動(dòng)Caspase 級(jí)聯(lián)反應(yīng)[13]。Caspase 家族是細(xì)胞凋亡的效應(yīng)器，能夠引發(fā)細(xì)胞骨架重排、DNA 斷裂等細(xì)胞生化和形態(tài)學(xué)的改變，Caspase-3 是Caspase 級(jí)聯(lián)反應(yīng)下游最關(guān)鍵的凋亡執(zhí)行蛋白酶，Caspase-3 的活化可引起細(xì)胞凋亡[14]。Bax 為促凋亡蛋白，能夠增加線粒體外膜通透性，促進(jìn)凋亡相關(guān)因子的釋放；Bcl-2 為抗凋亡蛋白，通過與Bax形成異源二聚體，抑制Bax的促凋亡作用[15]。研究發(fā)現(xiàn)，急性腦梗死患者血清中Bcl-2 表達(dá)明顯下降[12]。Bcl-2 與Bax 之間的平衡維持著細(xì)胞凋亡的穩(wěn)態(tài)，腦缺血后Bcl-2/Bax 下降，Caspase-3 被激活，進(jìn)而導(dǎo)致凋亡的發(fā)生[16]。

本研究結(jié)果顯示，腦缺血24 h 后大鼠神經(jīng)功能缺陷癥狀明顯且細(xì)胞凋亡率顯著增加，槐定堿能夠明顯改善pMCAO 大鼠的神經(jīng)功能癥狀，減小腦梗死率，降低缺血半暗帶處細(xì)胞的凋亡率，減輕pMCAO 大鼠病理性損傷，維持細(xì)胞的正常形態(tài)，抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡和壞死。大鼠局灶性腦缺血后神經(jīng)細(xì)胞的死亡可能與Bcl-2、Bax 和Caspase-3 凋亡途徑的激活有關(guān)，本研究發(fā)現(xiàn)，槐定堿能夠抑制pMCAO 大鼠腦組織Bax 的上調(diào)和Bcl-2 的下調(diào)，維持Bcl-2 與Bax 之間的平衡，從而抑制Caspase-3的上調(diào)，從而抑制腦缺血后神經(jīng)細(xì)胞凋亡。

綜上，槐定堿能夠通過改善腦細(xì)胞凋亡情況、減輕pMCAO 大鼠神經(jīng)損傷程度，從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突