高壓氧干預對大鼠創傷性腦損傷后腦組織NF-κB (p50)表達的影響

楊柏林，王 歡，彭 軍，徐其明，余 超

高壓氧干預對大鼠創傷性腦損傷后腦組織NF-κB (p50)表達的影響

楊柏林，王 歡，彭 軍，徐其明，余 超

目的 觀察高壓氧干預(hyperbaric oxygenation treatment, HBOT)對大鼠創傷性腦損傷(traumatic brain injury，TBI)后NF-κB(p50) 表達的影響，并探討其機制。方法 將35只SD大鼠完全隨機分為假手術對照組(Con組)5只、創傷組(TBI)15只、高壓氧干預組(HBOT)15只。采用Allen’s改良法制造大鼠自由落體重型腦損傷模型，Con組僅切開頭皮去骨窗，TBI組給予撞擊損傷，HBOT組于創傷后給予高壓氧治療。利用Western-blot法分別于傷后8 h及1、3、5、8 d檢測腦組織NF-κB的表達。結果 與Con組比，TBI組各時點腦組織NF-κB表達均升高(P<0.05)，損傷后3 d達高峰(0.7267±0.0305)，5～8 d仍維持較高水平(0.5567±0.0603)。HBOT組各時點NF-κB 表達水平均較TBI組下降(P<0.05)。結論 高壓氧干預可以減弱創傷后腦組織NF-κB(p50)表達，有效抑制炎性反應，為重型顱腦損傷治療提供理論基礎。

重型顱腦損傷；高壓氧；大鼠；NF-κB

顱腦創傷(traumatic brain injury,TBI)后繼發性腦損傷是影響腦外傷預后的重要因素之一。繼發性腦水腫及腦損傷可進一步加重神經功能損害，其中炎性反應在繼發性損害中發揮著重要作用。核轉錄因子-κB(Nuclear factor-κB，NF-κB)作為誘導炎性反應及細胞存活的重要轉錄因子，在腦損傷后表達增加，通過一系列信號級聯反應，參與繼發性腦損害及神經保護的雙重作用[1,2]。近年來，高壓氧(hyperbaric oxygen, HBO)已被廣泛應用于臨床。研究表明，對顱腦損傷患者輔以HBO治療時間窗越早，提高生存率、降低傷殘率，改善認知功能及提高療效越顯著[3,4], 但具體作用機制未完全清楚。本研究通過觀察損傷腦組織NF-κB的表達變化及高壓氧干預后對其變化的影響，以期為高壓氧治療重型顱腦損傷提供實驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料及設備 兔抗人NF-κB(p50)多克隆抗體，HRP標記的二抗，GAPDH內參(Santa Cruz公司)，Western-blot制膠試劑盒，ECL顯色液，UVP凝膠成像分析系統。

1.2 實驗動物分組及處理 選擇健康成年雄性SD大鼠35只，體重約280 g。按照完全隨機分組原則分為假手術對照組(Con組)5只、創傷組(TBI組)15只和高壓氧干預組(HBOT組)15只。Con組：即以假手術組作為對照組，僅切開頭皮后去除骨窗而不致腦損傷。HBOT組：致重度腦損傷，損傷后1 h內給予第1次高壓氧治療，以后每天1次。TBI組：致重度腦損傷，與HBOT組不同之處是高壓氧艙加壓后氣缸內用壓縮空氣替代氧氣。TBI、HBOT組大鼠分別于致傷后8 h及1、3、5、8 d斷頭處死，各時間點分別處死3只；Con組大鼠各時間點處死1只，取標本進行Western-blot檢測NF-κB(p50)蛋白表達。

1.3 建立大鼠重型腦損傷模型 參照Chu等[5]研究：大鼠麻醉后，頭頂部備皮，局部消毒，固定于立體定向支架上。沿中線切開頭皮，矢狀竇右側1 mm及前囟后方1 mm交界于右頂骨，去除直徑6 mm的骨瓣。撞擊設備安裝于支架上，通過從20 cm高處釋放圓柱形硾條(重30 g，直徑4.5 mm)，撞擊矢狀竇右側4 mm及前囟后4 mm交點處，造成右側大腦重型損傷。海綿膠止血，縫合頭皮。

1.4 高壓氧治療 HBOT組大鼠致傷后1 h，放入連有給氧裝置的氣缸內，將100%的純氧加壓升至2.4 kPa，在該壓力下維持1 h。將一盤碳酸鈣晶體置入氣缸內，用于降低CO2的積聚，使氧濃度在98%以上，CO2在0.03%以下。腦損傷后1 d，HBOT組大鼠再次暴露于100%純氧中1 h，以后1次/d，直至第8天最后一組實驗結束[6]。TBI組大鼠放于同樣的氣缸內，僅呼吸空氣。

1.5 Western-blot實驗 取創傷邊緣3 mm內的腦皮質(不包含直接損傷區域)，RIPA裂解液與組織混勻進行裂解，4 ℃、12 000 r/min條件下離心組織勻漿20 min，收集上清，Bradford方法測蛋白濃度，取30 μg蛋白樣品進行電泳分離，經電轉膜儀轉至硝酸纖維素膜上，5%脫脂奶粉常溫封閉30 min，5%脫脂奶粉稀釋的兔抗人NF-κB(p50)抗體(1∶1500稀釋)4 ℃孵育過夜，次日TBST洗膜3次，5%脫脂奶粉稀釋的辣根過氧化物酶(HRP)偶聯的二抗(1∶3000稀釋)室溫孵育1 h，TBST洗膜3次，用ECL方法顯色，曝光，用凝膠成像分析系統掃描分析蛋白條帶，以GAPDH作內參，分別計算各組A值(標本灰度值/內參灰度值) 。

1.6 統計學處理 用Microsoft Excel及SPSS13.0統計軟件進行數據處理，采用析因設計的方差分析和t檢驗，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 大體觀察 大鼠在沖擊致傷后均立即呈現去大腦強直狀態，重度腦損傷表現,腦挫裂傷灶明顯，范圍廣泛，合并有顱腦出血。

2.2 Western blot檢測分析結果 不同時間點各組腦組織NF-κB(p50)蛋白表達：結果顯示Con組內可見微弱的NF-κB(p50)蛋白條帶，TBI組NF-κB(p50)表達不同程度地增強，損傷后8 h已見蛋白表達升高，第3天達高峰，之后開始下降，5～8 d仍維持較高水平；相較于TBI組，NF-κB(p50)在HBOT組各對應時點的表達有所減弱(P<0.05或P<0.01，圖1及表1)。

圖1 大鼠顱腦創傷后不同時間點腦組織NF-κB(p50)蛋白表達變化

與Con組比較，不同時間點上TBI組及HBOT組NF-κB表達均不同程度增加；而在相同時間點上，HBOT組較TBI組NF-κB表達減弱。內參GAPDH在各時間點表達無差異，可控制蛋白上樣引起的誤差

表1 高壓氧干預對大鼠顱腦損傷后不同時間點上損傷腦組織NF-κB表達的影響比較

注：與TBI組比較：①P<0.01，②P<0.05；與Con組相比，③P<0.05

3 討 論

核轉錄因子-κB(Nuclear factor-κB，NF-κB)是廣泛存在于真核細胞中的轉錄因子Rel蛋白家族的成員，其中p50和p65兩個亞單位是哺乳動物細胞中最主要的，可以被誘導的異源二聚體[7]。NF-κB具有多向性轉錄激活功能，靜息狀態下以非活性形式存在于細胞漿中，當受到應激性刺激、炎性反應細胞因子和氧自由基等多種活化因素激活后，由胞質移位至胞核，與相應的靶基因結合，進而促進效應細胞釋放大量細胞因子和炎性介質，參與應激、炎性反應及細胞凋亡等腦損傷病理生理過程。

急性重型顱腦損傷患者NF-κB表達水平明顯升高，說明參與了腦水腫形成，并與腦損傷程度密切相關，可作為腦外傷嚴重程度及預后的評估指標[8]。本研究結果表明，對照組NF-κB蛋白條帶灰度值很低，損傷后8 h可見NF-κB的灰度值增大，損傷后1～3 d可發現NF-κB明顯表達。由此可知，NF-κB于損傷后的8 h表達已增加，1～3 d其表達明顯增強，傷后5～8 d仍呈高表達狀態。雖然其具體時間點上變化與以往報道稍有不同，可能與標本處理時間點的選擇、檢測標本數量、動物抗打擊能力等因素有關，但一定程度上表明NF-κB在腦外傷后繼發性腦損傷的病理生理過程中起了重要作用。腦損傷后NF-κB高表達，可能與突發致傷應激、繼發炎性反應、氧自由基等刺激有關，通過激活某些相關信號轉導通路活化NF-κB的表達。活化的NF-κB又可刺激多種炎性介質和細胞因子釋放，形成一種彼此相互作用的信號傳導網絡，進一步加重腦損傷。研究表明，腦損傷后小膠質細胞和巨噬細胞激活，通過TLR-4/MyD88/NF-κB信號級聯反應通路，導致損傷腦組織中促炎因子釋放及神經細胞凋亡[9]，活化的NF-κB增加促炎因子TNF-α和IL-1β的表達，生成的TNF-α和IL-1β又反過來再刺激NF-κB活性，形成一種正反饋機制，不斷放大炎癥信號，在血腦屏障的完整性、腦水腫中發揮重要作用[10,11]。細胞間黏附分子-1(ICAM-1)是一種嗜中性粒細胞趨化因子，可以調節白細胞和內皮細胞間的黏附性，促進白細胞從毛細血管后微靜脈向炎性病灶遷移，腦損傷后其水平增加與NF-κB介導轉錄相關，參與了腦損傷后繼發性炎性反應[11]。腦損傷后神經元和膠質細胞中的NF-κB活性增加，還可誘導促凋亡因子P53、COX-2、Fas配體等產生，經凋亡信號級聯反應，最終激活caspase導致神經細胞凋亡[12]。減弱NF-κB及相關炎性反應因子的表達，能顯著降低TBI后的炎性反應，并改善實驗大鼠的預后[1]。

高壓氧已被廣泛用于臨床治療重型顱腦損傷，對患者的認知功能、損害神經功能的康復有顯著效果[3]。HBO減輕動脈閉塞引起的腦梗死及神經功能缺失損害具有劑量相關性，通過增加血液循環中氧濃度，增高損傷腦組織中氧供應，改善腦部微循環，促進能量物質ATP產生，增強Na+-K+-ATP酶的活性，進而減少腦缺血后谷氨酸鹽及氧自由基的積聚通過抑制炎性反應的細胞因子生成，減輕或避免腦損傷后繼發性損害，降低了腦外傷患者病死率及傷殘率[13-15]。長期重復的HBO治療能夠誘導實驗性腦損傷大鼠的髓鞘明顯再生，并恢復其感覺運動功能[16]。最新研究[6,14]具體探討了高壓氧對大鼠缺血及缺血-再灌注損傷治療的可能機制：治療劑量下的高壓氧通過抑制NF-κB、p38及c-JUN激酶等信號通路的活化，并通過降低活性氧、酶促氧化物及氮化物水平、脂質過氧化反應及增高酶促抗氧化物水平來減輕氧化性損害；通過降低TNF-α、IL-1β和CD44表達水平及髓過氧化物酶活性，抑制炎性反應狀態；再者，HBO可促進抗炎細胞因子，如IL-10的表達發揮抗炎作用。本研究顯示，HBOT組NF-κB蛋白條帶灰度值較TBI組在同時間段均有明顯降低；然而相較Con組，其水平仍呈一種過表達狀態，說明高壓氧干預對NF-κB的表達起到了抑制作用，提示治療劑量HBO可抑制NF-κB的進一步活化發揮其抗損傷作用；但與此同時腦損傷后維持NF-κB的高表達，表明機體可能通過內源性的抗損傷機制在一定程度上誘導NF-κB的活化來對抗所受到的損傷。因此，在關注腦損傷后活化的NF-κB參與了炎性反應致繼發性損傷的同時，也必須意識到NF-κB的過表達在一定程度上起到腦保護的功能。

研究表明，高壓氧干預后NF-κB(p50)在腦組織細胞中表達增加，實驗大鼠腦水腫情況及損傷程度較外傷對照組明顯減輕[17]，說明HBO可通過增強NF-κB(p50)活性對損傷神經細胞起到保護、修復的治療作用。Kassed等[18]報道NF-κB(p50)基因敲除小鼠海馬神經元對腦損傷的反應性受到影響，其記憶、學習能力降低。Li和Duckworth等[2,19]敲除小鼠NF-κB(p50)亞單位后，大腦中動脈長期閉塞后的梗死面積及死亡細胞數量明顯增加，腦損傷程度加劇。

腦損傷后NF-κB水平升高既有可能與腦損傷應激、損傷后繼發炎性反應及氧化損害等刺激活化相關；也有可能是反應性地激活不同亞單位，通過增加某些抗凋亡因子的合成和分泌，阻斷細胞凋亡，進而發揮腦保護作用。高壓氧已用于臨床重型顱腦創傷治療，在今后臨床工作中，是否可以通過監測NF-κB水平，從而個性化選擇高壓氧治療起始時間、加壓程度和治療周期以期達到最大療效。因此，如何監測及確定NF-κB在何種水平能夠準確提示腦損傷程度及判斷高壓氧治療后的炎性反應程度，還有待進一步研究。

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(2014-06-26收稿 2014-08-20修回)

(責任編輯 梁秋野)

Effect of hyperbaric oxygenation treatment on expression of NF-κB p50 in the rat brain tissue after traumatic brain injury

YANG Bolin, WANG Huan, PENG Jun, XU Qiming, and YU Chao.

Department of Neurological Surgery,Jiangxi Provincial Corps Hospital,Chinese People’s Armed Police Forces，Nanchang 330030, China

Objective To observe the effect of hyperbaric oxygenation treatment(HBOT) on expression of NF-κB(p50) in the rat brain tissue after traumatic brain injury(TBI) and discuss its mechanism. Methods Thirty-five Sprague-Dawley rats were divided into sham operation control group(5 rats), TBI group(15 rats) and HBOT group(15 rats). Based on the Feeney’s model of modified Allen’s method, experimental animals were treated with HBOT. The animals were sacrificed at the 8th hour, and on days 1,3,5,8,respectively. The expression of protein NF-κB was determined by Westernblotting. Results The expression of NF-κB was significantly higher in traumatic group than that in control group at the time of 8 hour and 1,3,5and 8 days after injury (P<0.05).The level of NF-κB reached peak on the 3th day, and maintained a high status from 5 to 8 days. Compared with traumatic group, the NF-κB level was significantly lower in the HBOT group (P<0.05). Conclusion HBOT can weaken NF-κB expression in traumatic brain tissue and inhibit effectively inflammatory response, which provides theoretical basis for treating severe traumatic brain injury.

severe brain injury; hyperbaric oxygenation; rats; NF-κB

楊柏林，本科學歷，主任醫師，E-mail:jxncy62@163.com

330030南昌，武警江西總隊醫院神經外科

R651.11