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脑卒中是一种急性脑血管疾病,其主要特征为突然起病,局灶性神经功能缺损,涉及多种细胞、分子网络的级联反应。脑缺血后的炎症反应通常会导致原发性脑损伤的恶化,并与小胶质细胞和血管周巨噬细胞的活化和周围炎性细胞的浸润有关。然而,仍然没有有效的用于预防和治疗脑卒中的方法。白细胞介素33(IL-33),是白细胞介素1(IL-1)家族的新成员,IL-33在多种组织和细胞,包括脑中有表达,参与炎症反应和免疫功能进程,在疾病中起重要作用。然而,IL-33在缺血性脑卒中的潜在机制的作用仍知之甚少。本项目研究的目的是探讨IL-33在脑缺血再灌注(I/R)损伤模型小鼠中的作用及其潜在的机制。方法:(1)采用C57BL/6来源的野生型(WT)和IL-33敲除小鼠建立I/R损伤模型。收集24h和72h的假手术和手术组样本。(2)利用激光多普勒血流仪监测小鼠血流确认小鼠手术成功,通过2,3,5-三苯基氯化四氮唑(TTC)染色和磁共振成像(MRI)分析脑梗死体积,采用改良的Bederson和Zea Longa评分标准对小鼠受损程度进行评级。(3)IL-33敲除小鼠在I/R术前,利用脑立体定位仪在小鼠侧脑室直接注射外源IL-33蛋白恢复IL-33敲除小鼠中的IL-33。(4)取下全脑用于包埋进行冰冻切片,收集各组脑梗死区域的样本,提取RNA和总蛋白。Real-time PCR、Western Blot、流式分析术、免疫组化以及免疫荧光等方法检测各组细胞因子表达变化情况,包括IL-33及其受体ST2、微血管屏障结构蛋白、基质金属蛋白酶、炎症因子、小胶质细胞标记物和M1/M2巨噬细胞相关标记分子等。(5)提取小鼠原代小胶质细胞并建立氧糖剥夺(OGD)模型后,用不同浓度IL-33或PBS处理,或构建过表达载体pc DNA3.1/hypro-IL-33在小胶质细胞中过表达IL-33,利用Real-time PCR、免疫荧光等方法分析IL-33促进小胶质细胞激活极化成M2型小胶质细胞/巨噬细胞的作用。结果:(1)野生型小鼠I/R手术后IL-33和其受体ST2的表达在24h和72h时,相对于假手术组都增加。野生型小鼠和IL-33敲除小鼠在I/R后神经行为学评分并未有显著差异,但经TTC染色和MRI分析,IL-33敲除小鼠在I/R后的大脑梗死体积相对于野生型小鼠显著增大。(2)IL-33缺失损害微血管屏障结构蛋白、炎症因子的表达和小胶质细胞的活化,增强基质金属蛋白酶的表达。I/R术后24h和72h,IL-33敲除小鼠的脑微血管屏障结构蛋白occludin、claudin-5、ZO-1的表达相比野生型小鼠下调。活化血脑屏障降解的基质金属蛋白酶MMP2和MMP9在IL-33敲除小鼠中表达高于野生型小鼠。野生型和IL-33敲除小鼠的炎症因子IL-6、TNF-α和IL-1β的表达均升高,但相比野生型小鼠,IL-33敲除小鼠的炎症因子表达下调。野生型小鼠术后Iba1表达显著升高,而IL-33敲除小鼠术后Iba1表达减少。(3)IL-33的缺失损害I/R诱导的M1和M2小胶质细胞/巨噬细胞的活化。在I/R后24h和72h,在IL-33敲除小鼠中,M1型表面标记分子CD16和CD32和相关基因MCP-1、IL-12b和NOS2的表达都下调,M2型表面标记分子CD206和CD163下调至接近假手术水平,其M2相关基因Arg-1、IL-10和TGF-β也显著下调,且其中IL-10也显著下调至接近假手术水平。免疫荧光结果显示,在大脑梗死半影区CD206表达显著高于CD16,且部分CD206和CD16阳性细胞共定位表达,但在IL-33敲除小鼠中,CD16/CD206比值上升;在大脑梗死海马区,CD206、Iba1和CD163的表达在IL-33敲除小鼠中下调,CD206的阳性细胞为Iba1阳性。(4)外源IL-33处理恢复IL-33敲除小鼠大脑的M1和M2小胶质细胞/巨噬细胞活性。相比PBS处理组,外源IL-33蛋白处理组的神经行为学评分降低,大脑梗死体积减小,M1型表面标记分子CD16和CD32在24h无显著变化,在72h显著升高恢复至野生型水平,M2型表面标记分子CD206和CD163在24h和72h都显著恢复表达,炎症因子在24h没有显著差异,但在72h都有显著恢复至野生型水平,M1型和M2型相关标记分子IL-12b和NOS2、Arg-1、IL-10和TGF-β也在72h显著恢复至野生型水平,其中M1型相关标记分子MCP-1在24h和72h均未显著表达升高。(5)也研究了IL-33在OGD诱导的原代小胶质细胞中的作用。小胶质细胞在OGD后加入外源IL-33蛋白或过表达IL-33增强了M2型标记分子CD206及相关细胞因子IL-10和TGF-β的表达,而M1型标记分子CD16没有显著差异及相关细胞因子NOS2表达下调。这些结果与动物模型实验一致。结论:IL-33缺失导致小鼠在脑卒中后炎症反应的降低,同时也导致抗炎反应的减少,IL-33缺失造成M1/M2比例失调导致大脑受损程度的加重。IL-33在脑卒中过程中,主要通过IL-33/ST2信号通路将小胶质细胞活化极化为M2型小胶质细胞/巨噬细胞来发挥抗炎保护作用。因此,IL-33在脑卒中的进展中发挥着非常重要的作用,有望作为一种治疗脑卒中的靶标。