TAT-mGluR1对蛛网膜下腔出血的神经保护作用及分子机制的研究

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蛛网膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)是一种脑表面或者是脑底部的血管破裂后,血液流经脑部表面后进入蛛网膜下腔而引起的后续一系列临床反应的综合征,该病具有高发病率和高死亡率[1]。其中由于蛛网膜下腔出血导致的早期脑损伤(early brain injury,EBI)是预后不良的主要原因。EBI出血后72小时内脑部受到的损伤,损伤的机制主要包括:颅内压增高;脑血流减少;兴奋性毒性神经递质干扰;离子稳态失调;氧应激损伤;炎症;细胞凋亡和脑水肿[2]。众多研究证明细胞凋亡在SAH的病理进展中有重要作用。因此,减少细胞凋亡可能成为治疗SAH后早期脑损伤的一种治疗方法。谷氨酸代谢受体1(mGluR1)为G蛋白偶联受体,在体内主要参与兴奋性神经递质谷氨酸传导,在运动、学习、记忆、情感、行为和认知等方面有着重要作用[3]。在兴奋性毒性神经递质刺激作用下,NMDA受体激活导致体内钙调蛋白激酶(calpain)水平升高,钙调蛋白激酶会在mGluR1的c末端的丝氨酸936位点对mGluR1进行切割[4]。被切割后的mGluR1丧失了其通过PI3K-Akt途径的神经保护作用,且能加剧兴奋性毒性,但是其被切割段的兴奋性细胞毒性作用仍然可以通过内质网所释放的钙离子发挥作用,从而引起细胞凋亡[4]。TAT-mGluR1为穿膜蛋白(TAT)携带mGluR1制作而成,TAT-mGluR1已经被证明可以在小鼠的缺血模型上阻止mGluR1被钙调蛋白激酶切割,并且减少兴奋性细胞毒性导致的细胞凋亡[5]。但SAH后是否存在钙调蛋白激酶切割mGluR1现象及TAT-mGluR1是否可阻止SAH后神经细胞凋亡仍然不清楚。本次研究中我们主要采用SD大鼠(Sprague-Dawley大鼠)SAH模型[6],探究TAT-mGluR1是否可以通过减少钙调蛋白激酶导致的mGluR1切割从而减少神经细胞凋亡。研究目的:(1)通过穿刺法制作SD大鼠蛛网膜下腔出血模型后腹腔注射TAT-mGluR1研究TAT-mGluR1对于蛛网膜下腔出血后大鼠的神经功能保护作用。(2)研究SD大鼠蛛网膜下腔出血后脑内是否存在钙调蛋白激酶活性升高及是否存在mGluR1被切割现象(3)研究TAT-mGluR1是否可以通过血脑屏障而发挥作用及其是否对于蛛网膜下腔出血后脑部神经细胞的凋亡是否有抑制作用和其作用机制。研究方法:(1)选择周龄为12周左右,体重为330g左右的SD大鼠,采用穿刺法制作蛛网膜下腔出血出血模型。随机分为sham组,vehicle组、及TAT-mGluR1注射组。其中TAT-mGluR1组在手术后2小时给予腹腔注射TAT-mGluR1,给药剂量为100mg/kg,同时给予vehicle组注射等量的生理盐水[6]。(2)大鼠SAH模型24小时后用神经功能评分进行测定,然后直接断头取脑进行SAH grade评分。(3)直接断头取脑后选取部分脑组织制作样品,检测脑内钙调蛋白激酶表达活性及mGluR1切割现象。(4)心脏反式灌注后取脑制作冰冻切片,采用免疫荧光的方法检测腹腔注射的TAT-mGluR1与脑内mGluR1共定位,同时检测基底皮层与海马CA1区cleaved caspase-3表达变化情况。(5)直接断头取脑后制作样品,采用western blot的方法分别检测凋亡家族cleaved caspase-3、Bax、Bcl-2的表达,及PI3K-Akt途径的相关蛋白。结果:(1)蛛网膜下腔出血后钙调蛋白激酶活性水平明显升高并且在脑内对于mGluR1进行切割。(2)TAT-mGluR1可以通过血脑屏障与脑内的mGluR1进行免疫荧光共定位。(3)TAT-mGluR1可改善SAH后神经功能缺损症状,减少脑部的mGluR1被切割现象从而起到抗神经细胞凋亡的作用,且对于钙调蛋白激酶活性无影响,该作用的分子机制是通过PI3K-Akt途径发挥作用的。结论:(1)我们选用穿刺法制作SD大鼠蛛网膜下腔出血模型,然后取脑根据SAH grade评分和改良的神经功能评分进行综合判断,成功模拟了临床上蛛网膜下腔出血中最常见的动脉瘤破裂导致的出血,和出血后的病理生理机制及反应,有助于后续临床对于蛛网膜下腔出血的研究。(2)蛛网膜下腔出血后存在钙调蛋白激酶水平增高,在Ser936位点对于mGluR1进行切割的现象,通过腹腔注射TAT-mGluR1可以通过血脑屏障进入脑组织,从而竞争性的抑制钙调蛋白激酶对于mGluR1的切割作用,从而起到抑制神经细胞凋亡的作用,注射TAT-mGluR1对脑内钙调蛋白激酶活性无影响。(3)TAT-mGluR1抑制细胞凋亡的作用的分子机制是通过PI3K-Akt途径的激活来实现的。
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