苦参素对实验性自身免疫性脑脊髓炎大鼠防治机制探讨

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目的:观察苦参素(Matrine,MAT)对多发性硬化症(multiple sclerosis,MS)动物模型实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis,EAE)大鼠临床症状、组织病理学的影响,分析大鼠发病过程中血脑屏障体系(blood-brain barrier,BBB)相关因子如IV型胶原蛋白(Collagen IV),闭锁小带蛋白-1(Zonula occludens-1, ZO-1),基质金属蛋白酶-2(matrixmetalloproteinase-2,MMP-2),基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9,MMP-9),基质金属蛋白酶抑制剂-1(tissue inhibitors of metalloproteinase-1,TIMP-1),基质金属蛋白酶抑制剂-2(tissue inhibitors of metalloproteinase-2,TIMP-2);谷氨酸兴奋系统相关因子谷氨酸(glutamate,Glu),γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA),谷氨酸转运体-1(glutamate transport-1,GLT-1),谷氨酸/天冬氨酸转运体(glutamate/aspartate transporter,GLAST),N-甲基-D-天冬氨酸受体(N-methyl-d-aspartic acid receptor,NMDAR),α-氨基羟甲基恶唑丙酸受体(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptor,AMPAR);轴突生长抑制因子-A(Nogo-A)及轴突生长抑制因子受体(Nogoreceptor,NgR)表达的变化,探究苦参素对EAE的防治效果及作用机制,旨在为多发性硬化症提供一种安全、有效、经济的治疗药物。方法:1建立Wistar大鼠EAE模型:在无菌条件下制备豚鼠全脊髓匀浆(guinea pigspinal cord homogenate,GPSCH),与等体积含6mg/ml卡介苗的完全弗氏佐剂(complete freund adjuvant,CFA)制备稳定油包水型抗原乳剂作为抗原,给予Wistar雌性大鼠足垫皮内注射诱导EAE模型。自免疫日起,详细观察并记录大鼠体重变化、饮食情况、活动能力变化情况、临床症状及神经功能评分。2动物分组及给药:将40只6~8周龄免疫后的Wistar雌性大鼠采用随机数字表法分为四组:EAE模型组(Vehicle)、MAT低剂量组(MAT-L)、MAT高剂量组(MAT-H)、地塞米松组(DEX),每组10只。同时有10只健康大鼠作为健康对照组(Naive)。从免疫当日起,五组大鼠分别给予不同干预措施,其中MAT低剂量组每日给予1次6.7ml/kg(150mg/kg)苦参素注射液腹腔注射治疗,MAT高剂量组每日给予1次6.7ml/kg(200mg/kg)苦参素注射液腹腔注射治疗,DEX组每日给予1次6.7ml/kg(1mg/kg)地塞米松注射液腹腔注射治疗,正常对照组和模型组采用等量生理盐水替代治疗,五组大鼠均连续干预16天。3动物标本收集:在免疫第17天,使用10%水合氯醛麻醉后,眼眶后静脉丛取血3ml,制血清备用;预冷生理盐水心脏灌流完全后,留取大鼠脑与脊髓标本,部分用于制作石蜡切片,其余立即投入液氮留存备用。4相关指标检测:苏木素-伊红(HE)和变色酸-2R-亮绿(C-2R-BG)染色观察炎性细胞浸润及脱髓鞘情况,免疫组织化学法分析MMP-2、TIMP-2、NMDAR、AMPAR、Nogo-A表达,酶联免疫吸附法(ELISA法)检测MMP-9、TIMP-1、Glu、GABA水平,逆转录聚合酶链反应法(RT-PCR法)分析CollagenIV、ZO-1、GLT-1、GLAST、NgR含量。结果:1发病率:每组10只动物中,正常对照组大鼠未观察到发病情况,模型组有8只发病,MAT-L组有6只发病,MAT-H组有5只发病,DEX组有4只发病。Fisher确切概率分析结果示:正常对照组发病率显著低于模型组(p <0.05);MAT-L组、MAT-H组、DEX组大鼠发病率均低于模型组,但是差异不具有统计学意义(p>0.05)。此外三个药物干预组间亦不存在显著性差异(p>0.05)。2体重变化情况:正常对照组大鼠自免疫第2天起平均体重稳步上升,其余四组平均体重总体上均呈现上升后下降趋势。两个MAT干预组体重降低幅度显著低于模型组(p <0.01),亦低于地塞米松组(p <0.01)。且与MAT-L组相比,MAT-H组大鼠平均体重变化较小,差异具有统计学意义(p <0.05)。3神经功能学评分:本研究中正常对照组平均神经评分一直保持为0。免疫后第17天,模型组大鼠平均神经功能学评分显著高于三个药物干预组(p <0.05)。三个药物干预组间平均神经功能评分无显著性差异(p>0.05)。4组织病理学情况:模型组平均炎症浸润评分和髓鞘脱失评分较正常对照组明显升高,差异具有显著性意义(p <0.01)。MAT-L组平均炎症浸润评分和髓鞘脱失评分显著低于模型组(p <0.01)。与MAT-L组相比,MAT-H组平均炎症浸润评分和髓鞘脱失评分进一步降低(p <0.05)。与MAT-H组相比,DEX组平均炎症浸润评分显著性降低(p <0.01),髓鞘脱失评分无显著性差异(p>0.05)。5脊髓中Collagen IV、ZO-1mRNA的表达:与正常对照组相比,模型组Collagen IV,ZO-1mRNA含量显著性降低(p <0.01)。两个MAT干预组CollagenIV,ZO-1mRNA表达均较模型组明显升高(p <0.01),其中MAT-H组优于MAT-L组(p <0.01)。MAT-H组、DEX组在Collagen IV,ZO-1mRNA表达方面均无显著性差异(p>0.05)。6血清中MMP-9、TIMP-1水平:与正常对照组相比,模型组大鼠血清中MMP-9含量明显升高(p <0.01)。两个MAT干预组MMP-9水平均较模型组显著性降低(p <0.01),其中MAT-H组降低幅度更为明显(p <0.01)。DEX组在抑制MMP-9病理性升高方面优于MAT-H组,差异存在统计学意义(p <0.01)。模型组较正常对照组血清中TIMP-1含量明显降低(p <0.01)。DEX组TIMP-1水平均较模型组显著性增高(p <0.01);MAT升高EAE大鼠血清TIMP-1的能力存在剂量依赖性(p <0.01)。与MAT-H组相比,DEX组TIMP-1水平较低,差异具有统计学意义(p <0.01)。7脊髓中MMP-2、TIMP-2含量:模型组较正常对照组脊髓中MMP-2含量明显升高(p <0.01)。两个MAT干预组MMP-2水平均较模型组显著性降低(p <0.01),其中MAT-H组降低幅度更为明显(p <0.05)。DEX组MMP-2表达低于MAT-H组,但差异不具有统计学意义(p>0.05)。与正常对照组相比,模型组大鼠血清中TIMP-2含量明显减低(p <0.01)。三个药物组TIMP-2水平均较模型组显著性增高(p <0.05)。MAT升高EAE大鼠血清TIMP-1的能力存在剂量依赖性(p <0.01)。MAT-H组与DEX组在TIMP-2含量方面无显著性差异(p>0.05)。8大脑皮质Glu、GABA含量:与正常对照组相比,模型组大鼠脑皮质Glu含量明显升高(p <0.01)。MAT-L组Glu含量较模型组低,但是差异不具有统计学意义(p>0.05)。MAT-H组与DEX组Glu含量均比模型组低(p <0.05),但是两者间无显著性差别(p>0.05)。模型组大鼠脑皮质GABA含量比正常对照组显著性降低(p <0.01)。MAT升高EAE脑皮质GABA的能力存在剂量依赖性(p <0.05)。与DEX组相比,MAT-L组GABA水平较低,差异具有统计学意义(p <0.05)。MAT-H组与DEX组在脑皮质GABA含量方面不存在显著性差异(p>0.05)。9大脑皮质GLT-1、GLAST mRNA表达:与正常对照组相比,模型组GLT-1,GLAST mRNA含量显著降低(p <0.01);三个药物干预组GLT-1mRNA表达均较模型组显著性升高(p <0.01),但组间差异不具有显著性(p>0.05)。MAT-L组和MAT-H组GLAST mRNA表达均较模型组明显升高(p <0.01),其中MAT-H组更高,但差异不具有统计学意义(p>0.05)。高剂量MAT在提高GLAST mRNA含量方面优于DEX (p <0.05)。10大脑皮质NMDAR、AMPAR表达:模型组较正常对照组大脑皮质中NMDAR、AMPAR含量明显升高(p <0.01)。两个MAT干预组NMDAR、AMPAR水平均较模型组显著性降低(p <0.05),其中MAT-H组降低幅度更为明显(p <0.01)。MAT-H组AMPAR表达低于DEX组,差异具有统计学意义(p <0.05);但是两组在NMDAR表达方面无统计学差异(p>0.05)。11脊髓中Nogo-A蛋白、NgR mRNA表达:模型组较正常对照组脊髓中Nogo-A蛋白,NgR mRNA含量明显升高(p <0.01)。两个MAT干预组Nogo-A蛋白,NgR mRNA水平均较模型组显著性降低(p <0.01),其中MAT-H组降低幅度更为明显(p <0.01)。MAT-H组Nogo-A蛋白,NgR mRNA表达高于DEX组,差异具有统计学意义(p <0.01)。结论:MAT对Wistar大鼠EAE具有良好的防治作用,可能是通过上调机体血脑屏障基质膜、紧密连接蛋白,维持体内MMPs与TIMPs的平衡;下调谷氨酸及其受体含量,提高其天然抑制剂GABA和谷氨酸转运体的表达;抑制Nogo-A及受体NgR水平,发挥保护大鼠血脑屏障、抑制谷氨酸系统过度激活、下调Nogo-A/NgR轴索抑制通路兴奋性作用,从而起到对EAE大鼠的防治效果。
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