Rho/ROCK通路与急性CO中毒后迟发性脑病相关性研究

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背景急性CO中毒后迟发性脑病(delayed encephalopathy after acute carbon monoxide poisoning,DEACMP)主要病理改变是大脑白质广泛性脱髓鞘。既往研究发现Rho/ROCK信号通路相关因子异常表达可能与中枢神经系统损伤有关。成人中枢神经系统受到刺激时,Rho/ROCK信号通路激活引起下游因子过量表达,从而导致神经元损伤及髓鞘脱失。现阶段关于Rho/ROCK信号通路功能异常是否与DEACMP的病理改变有一定关联性,目前尚未得到验证。目的探索DEACMP模型大鼠中Rho/ROCK信号通路相关因子表达量的变化,药物干预Rho/ROCK信号通路后DEACMP模型大鼠认知、运动以及脑白质脱髓鞘现象有无改善,了解Rho/ROCK信号通路与DEACMP发病的相关性。方法1.107只SPF雄性SD大鼠,入组体重标准为240260 g,放入独立通风系统(individual ventilated cages,IVC)适应性饲养1周。随机分组为造模组和对照(Control)组。将CO气体按100 m L/kg快速注入造模组大鼠腹腔,每间隔4 h腹腔注射1次,从第2次开始注射气体容量减半,共注入气体4次。Control组同样方法注射等容量空气。2.造模后的第1天将造模组大鼠随机分为CO+Y-27632组和CO组,按5 mg/kg经腹腔注射ROCK抑制剂为CO+Y-27632组,每天1次并相同时间点连续给药1周;经腹腔连续注射等容0.9%生理盐水1周为CO组。Control组连续腹腔注射等容0.9%生理盐水1周。分别于造模后第1周、第2周、第3周时间节点完成旷场、转轮疲劳仪、Y-迷宫、新物体识别行为学检测,以观察各组大鼠认知及运动功能的改变。采用苏木精-伊红染色(hematoxylin-eosin,HE)、劳克坚牢蓝(luxol-fast-blue,LFB)染色以及免疫荧光技术检测造模后各时间节点各组大鼠病理变化。选择对缺氧敏感区域如海马、额叶、纹状体部位,采用免疫印迹技术检测不同时间节点各组神经损伤标记物如神经元特异性烯醇化酶(neuron-specific enolase,NSE)、胶质纤维酸性蛋白(glia l fibrillary acidic protein,GFAP)以及与髓鞘损伤修复相关因子如钙离子依赖的细胞粘附素家族(Ca2+dependent cell adhesion molecule family,N-Cadherin)、小G蛋白超家族的亚家族成员Rho A、Rho相关蛋白激酶ROCK、髓鞘碱性蛋白(myelin basi c protein,MBP)的分子表达水平。3.采用独立样本t检验对两组间数据统计分析,对不符合正态分布的数据采用非参数检验。P<0.05表示差异具有统计学意义。结果1.DEACMP模型制备(1)行为学结果显示:与Control组相比,CO组造模后第1周、第2周、第3周进入新异臂的探索时间显著减少(P=0.03、P=0.03、P=0.02),造模后第1周、第2周,探索新物体辨别指数显著减少(P=0.01、P=0.04),造模后第1周、第2周、第3周,运动总距离显著减少(P=0.01、P=0.01、P=0.01),造模后第1周、第2周、第3周,转轮轨道的平均活动时间显著减少(P=0.01、P=0.03、P=0.01)。(2)病理结果显示:与Control组相比,CO组造模后3周内海马CA1区出现大量的点片状坏死神经元,海马锥体细胞层变薄,两侧细胞稀疏;胼胝体区髓鞘有断裂、脱失现象。CO组海马CA1区不同时间节点GFAP蛋白荧光强度增加,胼胝体区不同时间节点MBP蛋白荧光强度下降。以上行为学及病理改变与DEACMP临床特征基本吻合,提示DEACMP模型制备成功。2.Rho/ROCK通路与DEACMP的相关性蛋白结果显示:与Control组相比,CO组造模后第1周海马、额叶、纹状体ROCK蛋白水平均显著增高,造模后第2周海马、纹状体Rho A、ROCK蛋白水平均显著增高,造模后第3周海马、纹状体Rho A、ROCK蛋白水平均显著增高(均P<0.05)。综上,从蛋白水平结果提示Rho/ROCK通路与DEACMP的有一定相关性。3.药物干预DEACMP模型大鼠后各项指标的变化(1)行为学结果显示:与CO组相比,CO+Y-27632组药物干预后第1周、第2周进入新异臂的探索时间均显著增加(P=0.04、P=0.04),药物干预后第1周、第2周、第3周探索新物体辨别指数均显著增加(P=0.01、P=0.01、P=0.04),药物干预后第2周、第3周运动总距离均显著增加(P=0.04、P=0.02),药物干预后第1周、第2周、第3周转轮轨道的平均活动时间均显著增加(P=0.01、P=0.04、P=0.01)。(2)病理结果显示:与CO组相比,CO+Y-27632组药物干预后3周内海马CA1区神经元核膜、核仁较为完整,胼胝体脱髓鞘现象有所减轻,海马CA1区GFAP荧光强度下降,胼胝体区MBP荧光强度增加。(3)蛋白结果显示:与CO组相比,CO+Y-27632组药物干预后第1周海马、纹状体GFAP、NSE蛋白表达水平显著下降,额叶NSE、ROCK蛋白表达水平显著下降,纹状体Rho A、ROCK蛋白表达水平显著下降,海马、纹状体MBP蛋白表达水平显著上升,海马、额叶N-Cadherin蛋白表达水平显著上升;CO+Y-27632组药物干预后第2周海马、额叶GFAP、ROCK蛋白表达水平显著下降,海马、纹状体GFAP、Rho A、ROCK蛋白表达水平显著下降,海马、纹状体N-Cadherin、MBP蛋白表达水平显著上升;CO+Y-27632组药物干预后第3周海马、额叶、纹状体GFAP、NSE、ROCK蛋白表达水平显著下降,海马、额叶、纹状体N-Cadherin、MBP蛋白表达水平显著上升(均P<0.05)。综上各项指标结果提示ROCK抑制剂干预Rho/ROCK通路后改善DEACMP模型大鼠行为表型并减轻神经病理损伤。结论1.DEACMP的发病机制与Rho/ROCK通路激活具有相关性。2.ROCK抑制剂通过干预Rho/ROCK通路使DEACMP模型大鼠的神经损伤程度降低。
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