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背景:
在世界范围内,脑卒中是死因排第二位的疾病,同时也是致残的主要原因。随着人口的老龄化,脑梗死的发病率还在不断地攀升。而缺血性卒中(脑梗死)约占脑卒中的80%,目前被证明有效的药物仅有溶栓药和抗血小板剂。溶栓治疗是目前最有效的治疗手段,但溶栓治疗的适应症非常严格而且具有潜在的风险(如颅内出血)导致仅有极少数病人能接受溶栓治疗。目前其它的治疗手段疗效还是差强人意。探索新的治疗方法是显得很有必要的。这需要全面地弄清缺血性脑组织损伤的复杂机制。
炎症反应是脑缺血再灌注后重要的病理生理过程,早期造成组织损伤,而后期可能还具有内源性修复作用。近年的研究发现,先天免疫系统的重要组成部分——Toll-1ike receptors(TLRs)介导了缺血性损伤,而对其中成员TLR9作用的研究才刚刚起步。TLR9在中枢神经系统的神经元细胞和小胶质细胞都有表达。并且拥有两条不同的信号传导通路,分别经过NFκB或IRF7途径,诱导促炎因子(TNF-α,IL-1)或神经保护分子(IFN-β,IFN-α)的产生。这两条通路在脑缺血后不同阶段如何发挥作用还不清楚。弄清TLR9信号通路在脑缺血损伤与修复中的作用以及TLR9信号通路下游传导的具体机制,将有助于加深对TLRs所介导的缺血性损伤的了解,并有可能为脑梗死不同阶段的治疗提供多个新的靶点。
研究目的:
观察脑缺血再灌注早期缺血脑组织TLR9信号的激活情况,弄清脑梗死早期两条TLR9信号通路的被激活是否不同。
研究方法:
1.实验动物
健康成年雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠120只,清洁级,体重280-330g。人工昼夜节律饲养。
2.缺血再灌注模型的制作
参照Longa氏方法,并加以改良。缺血时间为1.5小时,到缺血时间后,将栓线拉回颈外动脉主干中,从而实现再灌注。对照组不插线,其余操作同上。
3.实验分组
(1)动物模型分组
1)6h组:1.5小时缺血再灌注,观察点为术后6h:50只。
2)3d组:1.5小时缺血再灌注,观察点为术后3天:50只。
3)6h-假手术组(Sham-operated group,6h):10只。
4)3d-假手术组(Sham-operated group,3d):10只。
(2)分子生物学实验分组
1)I1:1.5h IR MCAO模型,术后6h,缺血侧(右侧);
2)I2:1.5h IR MCAO模型,术后3d,缺血侧(右侧);
3)C1:1.5h IR MCAO模型,术后6h,缺血对侧;
4)C2:1.5h IR MCAO模型,术后3d,缺血对侧;
5)S1:假手术组,术后6h,右侧;
6)S2:假手术组,术后3d,右侧;
4.TTC染色
取部分标本行该项染色,以确定梗死灶。取厚约1.5mm的冠状切面的脑组织(不固定),加入2%TTC溶液约30ml,避光、37℃孵育30min。
5.RT-PCR
取大鼠的前囟冠状面的双侧额顶叶的大脑皮层,分别提取RNA,检测TLR9,TNF-α、IFN-β、IRF7的mRNA表达水平。
6.Western-Blot
取大鼠的前囟冠状面的双侧额顶叶的大脑皮层,分别提取蛋白,检测TLR9,TNF-a,IFN-B的蛋白表达水平。
7.图像分析
利用Quantity One(ver4.6.2)对所得的电泳图像作分析。比较目标条带与内参的光密度比值。
8.统计学分析
采用SPSS for Windows Ver.16.0统计软件对所得数据进行统计学处理。所有计量资料的比较采用t检验分析,结果用(x)±s表示,p<0.05认为有统计学差异。
实验结果:
1.模型的成功率和死亡率
用于本实验共120只大鼠,其中对照组(6h、3d)各10只,术后无一死亡。1.5h IR MCAO模型成功率(术后出现瘫痪且开颅排除并发脑出血:图3)为82%。1.5hIR后6h组死亡率为17.5%,3d组为38.1%,由于失败率和死亡率,实际成功的MCAO大鼠模型为50只,其中1.5hIR-6h组有25只,1.5hIR-3d组有25只。
2.TTC染色
根据Longa氏法并加以改良的手术方法,1.5h IR后能成功诱导大鼠MCAO模型。术后大鼠出现明显的左上肢瘫痪、转圈、追尾征。TTC染色示缺血侧(右侧)大脑半球可见明显白色梗塞灶(图4)。I1组和I2组的梗死体积分别为126.6±11.14mm3和129.6±7.23m3,经统计学分析(t检验),p为0.485,无明显差异。
3.RT-PCR结果
(1)从大鼠脑组织中提取总RNA,可见完整的285、18S、5S三条带(图5)。
(2)TLR9的mRNA的表达情况(图6)。
I1组的相对表达量为0.4334±0.0286,I2组为0.9326±0.0291。在缺血侧的表达随时间的延长而增高(p=0.000),而在缺血对侧和对照组,TLR9 mRNA未检出。
(3)TNF-α的mRNA的表达情况(图7)。
I1组的相对表达量为1.2086±0.1006,I2组为2.2625±0.1611,C1组为0.4431±0.0385,C2组为0.4722±0.0422。TNF-αmRNA在缺血侧的表达随时间的延长而明显增高(p=0.000),缺血对侧TNF-αmRNA的亦有表达,且缺血对侧的表达未随时间的延长而增加(p=0.451)。TNF-αmRNA在缺血侧表达比缺血对侧更高(p=0.000[I1 vs C1],p=0.000[I2 vs C2]).对照组未见TNF-αmRNA表达。
(4)IRF7 mRNA表达情况(图8)。
I1组的相对表达量为0.4418±0.0386,I2组为1.2667±0.168,IRF7 mRNA在缺血侧的表达随时间的延长而明显上升(p=0.000),在缺血对侧与对照组未见IRF7 mRNA的表达。
(5)IFN-β mRNA的表达情况(图9)。
I1组的相对表达量为0.1487±0.0209,I2组为0.2596±0.0336,IFN-βmRNA在缺血侧的表达随时间的延长而明显上升(p=0.009),在缺血对侧与对照组未见IFN-β mRNA的表达。
(6)RT-PCR结果汇总分析
6h和3d两个时间点,缺血侧TNF-αmRNA的表达明显高于IFN-β mRNA的表达(p=0.000[6h],p=0.000[3d])(见图10)。
4.Western-Blot结果
(1)TLR9蛋白的表达情况(图11&表2)。
TLR9蛋白在缺血侧的表达随时间的延长而明显增高(p=0.000).在相同的时间点,TLR9蛋白在缺血侧的表达明显高于缺血对侧(p=0.000[6h],p=0.000[3d])。相同的时间点缺血对侧和对照组没有明显差别(p=0.519[6h],p=0.515[3d]),缺血对侧以及对照组的表达没有随时间的变化而变化(p=0.913[C1 vsC2],p=0.894[S1 vs S2])。
(2)TNF-α的蛋白表达情况(图12&表3):TNF-α蛋白在缺血侧的表达随时间的延长而明显增高(p=0.042).在相同的时间点,TNF-α蛋白在缺血侧的表达明显高于缺血对侧(p=0.000[6h],p=0.000[3d])。缺血对侧的表达明显高于对照组(p=0.003[6h],p=0.000[3d])。缺血对侧和对照组的表达情况没有明显的随时间变化而变化(p=0.744[C1 vs C2],p=0.696[S1 vs S2])。
(3)IFN-β的蛋白表达情况(图13&表4):IFN-β蛋白在缺血侧的表达随时间的延长而明显增高(p=0.001).在相同的时间点,IFN-β蛋白在缺血侧的表达明显高于缺血对侧(p=0.004[6h],p=0.000[3d])。缺血对侧的表达与对照组没有明显差别(p=0.449[6h],p=0.608[3d])。缺血对侧和对照组的表达情况没有明显的随时间变化而变化(p=0.607[C1 vs C2],p=0.089[S1 vs S2])。
(4)Western-blot蛋白分析结果汇总(图14):在相同的时间点,缺血侧和缺血对侧TNF-α蛋白的表达明显高于IFN-β(p=0.003[6h],p=0.002[3d]).
结论:
1.TLR9信号通路在脑缺血再灌注过程中被激活,并向下游传递信号。
2.脑梗死后的缺血组织早期以炎症反应为主,促炎因子TNF-α的表达量高于神经保护因子IFN-β的表达量。