NPY通過小膠質細胞介導的神經免疫途徑對大鼠癲癇發作行為學影響

李琦軍,吳永波,常軍英,邢兆國,張淑麗,王道愛,王彥志,穆衛盧,李 炎,賈東召，陳濤平

(1. 河北省石家莊市第三醫院，河北 石家莊 050011；2. 河北省石家莊市公安局法醫損傷檢驗鑒定室，河北 石家莊 050011；3. 河北省秦皇島市骨科醫院，河北 秦皇島 066001；4. 河北省正定縣疾病預防控制中心，河北 正定 050800；5. 河北大學附屬醫院，河北 保定 071000)

NPY通過小膠質細胞介導的神經免疫途徑對大鼠癲癇發作行為學影響

李琦軍1,吳永波2,常軍英1,邢兆國1,張淑麗3,王道愛4,王彥志1,穆衛盧1,李 炎1,賈東召1，陳濤平5

(1. 河北省石家莊市第三醫院，河北 石家莊 050011；2. 河北省石家莊市公安局法醫損傷檢驗鑒定室，河北 石家莊 050011；3. 河北省秦皇島市骨科醫院，河北 秦皇島 066001；4. 河北省正定縣疾病預防控制中心，河北 正定 050800；5. 河北大學附屬醫院，河北 保定 071000)

目的 探討神經肽Y(NPY)以中樞神經系統小膠質細胞為靶點對大鼠癲癇發作的影響。方法 培養和純化原代SD大鼠皮質小膠質細胞,免疫細胞化學染色，鑒定小膠質細胞純度及觀察細胞形態。將小膠質細胞分為對照組、LPS組、NPY+LPS組和BIBP3226+NPY+LPS組。對照組細胞以無血清膠質細胞培養液孵育6 h，LPS組細胞以含終濃度為100 ng/mL LPS的無血清膠質細胞培養液孵育6 h，NPY+LPS組細胞是先以含NPY (終濃度為1 μmol/L)的無血清膠質細胞培養液孵育0.5 h，然后加入LPS(終濃度為100 ng/mL)繼續孵育6 h。IBP3226+NPY+LPS組細胞先用含NPY Y1受體阻斷劑BIBP3226 (終濃度為1 μmol/L)的無血清膠質細胞培養液孵育0.5 h，再加入終濃度為1 μmol/L的NPY孵育0.5 h，最后加入終濃度100 ng/mL的LPS繼續孵育6 h。20只SD大鼠隨機分為對照組、LPS組、NPY+LPS組、BIBP3226+NPY+LPS組，每組5只。將各組小膠質細胞條件培養液離心后注入相應各組大鼠的側腦室，觀察各組大鼠的行為學表現。根據Diehl分級標準對大鼠癲癇發作程度進行評估。結果 20 min內，LPS組和BIBP3226+NPY+LPS組5只大鼠均出現重度癲癇發作，NPY+LPS組有4只出現輕度癲癇發作，對照組未見癲癇發作。LPS組發作程度顯著重于對照組，NPY+LPS組發作程度顯著輕于LPS組，BIBP3226+NPY+LPS組發作程度顯著重于NPY+LPS組，LPS組和BIBP3226+NPY+LPS組發作程度比較差異均無統計學意義。結論 激活后的小膠質細胞可以導致大鼠癲癇發作，這種作用是通過小膠質細胞與神經元之間的非直接接觸途徑實現的，可能與小膠質細胞分泌到細胞外的生物活性物質有關。NPY可以通過作用于小膠質細胞上NPY Y1受體，抑制大鼠的癲癇發作。

神經肽Y；小膠質細胞；癲癇

癲癇是一種慢性、反復發作的以顱內神經元異常同步放電為基礎的中樞神經系統疾病[1]。近年雖然隨著外科手術、伽馬刀技術的發展，很多藥物治療無效的患者得到了有效治療，但在我國估計仍有約100萬患者為難治性癲癇[2]。過去人們研究癲癇的重點在神經元，現在發現膠質細胞在癲癇發生中也起著重要作用[3]。小膠質細胞是中樞神經系統中體積最小的一種免疫細胞，廣泛存在于中樞神經系統，它產生的很多細胞因子和癲癇的發生有關，它是把免疫和癲癇聯系起來的重要橋梁，它分泌的細胞因子在癲癇中起著重要作用，故其在腦內神經免疫功能調節和介導炎癥反應方面起著重要作用[4]。癲癇也是一種與炎癥有關的中樞神經系統疾病，很多細胞因子在癲癇的發病中起著重要作用[5-6]。筆者前幾部分實驗已經在細胞水平證明神經肽Y(NPY)能夠抑制小膠質細胞的免疫活性，減少小膠質細胞來源的IL-1β等炎癥因子的產生，并通過抑制小膠質細胞的免疫活性降低體外培養的大鼠皮質神經元的NMDA電流[7]。為了探討NPY是不是能夠通過神經免疫途徑影響活體動物的癲癇發作，本實驗通過LPS激活后的小膠質細胞條件培養液和經過NPY處理后的小膠質細胞條件培養液注射入大鼠腦室，觀察了活體大鼠癲癇發作的行為學變化，現將結果報道如下。

1 實驗資料

1.1 實驗動物 SD大鼠20只，體質量200～250 g，雄性。24 h內新生SD大鼠30只。均為清潔級，河北醫科大學實驗動物中心提供，動物生產許可證號SCXK(冀)2013-1-03。根據科技部《關于善待實驗動物的指導性意見》使用動物。

1.2 主要儀器和試劑 超凈工作臺(日本Sanyo公司)，恒溫培養箱(德國Heraeus公司)，光學顯微鏡(日本OLYMPUS公司)，熒光顯微鏡MI3000B+DFC450C型(德國Leica公司)，TLL-C臺式高速低溫離心機(北京四環科學儀器廠)，立體定向儀(深圳市瑞沃德生命科技有限公司)，微量注射器(上海光正醫療儀器有限公司)，實驗動物電子秤(蘇杭科技器材有限公司)，醫用止血鉗(福州宜欣醫療器械公司)，手術剪(福州宜欣醫療器械公司)，醫用磨鉆(張家港市華新醫療器械廠)，醫用縫合線(浙江億人醫療器械有限公司)，小鼠單克隆抗體IBA-1 (美國Sigma公司)，FITC標記的山羊抗小鼠IgG(美國Proteintech公司)，脂多糖(LPS)(美國Sigma公司)，胎牛血清(美國Gibco公司)，DMEMF12培養液(美國Gibco公司)，BIBP3226(美國Tocris Bioscience公司)，水合氯醛 (分析純)(上海生工公司),75%醫用乙醇(浙江一佳醫療器械有限公司),生理鹽水 (石家莊四藥有限公司)。

1.3 原代大鼠皮質混合膠質細胞的培養和小膠質細胞的分離純化 參照Nakajima等[8]所述方法，先將24 h內新生大鼠頭部置于碎冰中2 min降溫，然后乙醇消毒頭部，無菌環境下開顱取腦，將腦組織放入裝有DMEM/F12培養液的培養皿中，培養皿放置于冰板上保持低溫。在800倍解剖顯微鏡下剝除腦膜及血管，取部分大腦皮質，剪碎后用0.125%胰蛋白酶37 ℃消化15 min，加入含10%血清的DMEM/F12培養液終止消化，1 000 r/min離心5 min后，棄上清，在沉淀物中加入膠質細胞培養液，膠質細胞培養液為含10%胎牛血清、1 IU/mL青霉素、100 μg/mL鏈霉素的DMEM/F12培養液，制成單細胞懸液，以15×106個細胞/瓶接種于750 mL培養瓶中，放置于37 ℃、5%CO2培養箱中培養。第2天全量換液1次，以后每3 d更換1/2體積培養液,光學顯微鏡下觀察混合膠質細胞生長情況。培養至第14天，細胞充分分層生長后，置于37 ℃恒溫搖床中180 r/min振搖2 h，收集細胞懸液，1 000 r/min離心5 min，去上清，用DMEM/F12膠質細胞培養液吹打成單細胞懸液，以1×104個細胞/皿接種于預先放置經多聚賴氨酸處理過的蓋玻片的3.5 cm培養皿，用于形態學觀察和細胞免疫化學染色。

1.4 小膠質細胞分組及處理方法 將分離純化好的小膠質細胞以5×105個細胞/孔接種于6孔培養板。培養3 d后換新鮮無血清膠質細胞培養液培養12 h使細胞同步化，然后將細胞分為對照組、LPS組、NPY+LPS組和BIBP3226+NPY+LPS組。對照組細胞以無血清膠質細胞培養液孵育6 h，LPS組細胞以含終濃度為100 ng/mL LPS的無血清膠質細胞培養液孵育6 h，NPY+LPS組細胞先以含終濃度為1 μmol/L NPY的無血清膠質細胞培養液孵育0.5 h，然后加入終濃度為100 ng/mL LPY繼續孵育6 h。IBP3226+NPY+LPS組細胞先用含終濃度為1 μmol/L NPY Y1受體阻斷劑BIBP3226的無血清膠質細胞培養液孵育0.5 h，再加入終濃度為1 μmol/L的NPY孵育0.5 h，最后加入終濃度100 ng/mL的LPS繼續孵育6 h。取各組培養液離心后備用。

1.5 動物分組及處理 將SD大鼠隨機分為對照組、LPS組、NPY+LPS組、BIBP3226+NPY+LPS組，每組5只。將各組小膠質細胞條件培養液離心后注入相應各組動物的側腦室。具體方法：根據大鼠體質量，將配置好的10%水合氯醛以 3.5 mg/kg劑量行腹腔注射麻醉，麻醉起效后，將大鼠固定于立體定向儀上，在頭部切口區域剪毛，顯露頭部皮膚，用75%乙醇消毒，沿頭頂部正中線做縱向切口，約3 cm，切開頭皮，用頭皮拉鉤將頭皮向兩側牽開固定,在顱骨上涂抹少量雙氧水，以清晰顯示人字縫。根據George Painos大鼠腦立體定位圖譜，確定右側腦室三維坐標:X=-1.0 mm,Y=1.5 mm,Z=-3.8 mm，以此為注射點，電動磨鉆磨開顱骨,顯露腦膜，在定位器引導下用微量注射器注入10 μL小膠質細胞條件培養液。骨蠟封閉顱骨缺損，縫合皮膚，觀察各組動物行為學表現，根據Diehl的分級標準[9]對大鼠的癲癇發作程度進行評估。

1.6 統計學方法 利用SPSS 10.0統計分析軟件進行統計學處理，采用Kruskal Wallis秩和檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 原代小膠質細胞形態學觀察 分離純化后的小膠質細胞，可見體積較小、折光性強，有著細長突起(箭頭)，偶可見體積較大的星形膠質細胞，神經元已經很難看到，見圖1。分離純化后的小膠質細胞采用IBA-1免疫細胞化學熒光染色方法進行鑒定，可見細胞呈分支狀或者梭形，有細長的突起(箭頭)，IBA-1將胞體和突起染成紅色，Hoechst 33258將胞核染成藍色，純度大于95%，滿足實驗需要，見圖2。

圖1 原代培養的大鼠皮質小膠質細胞 (400×)

2.2 各組大鼠癲癇發作情況 LPS組和BIBP3226+NPY+LPS組大鼠注射相應培養液后20 min內出現前肢或后肢間斷性抽搐、四肢節律性抽搐，發作等級為Ⅲ～Ⅳ級(重度發作)；NPY+LPS組有4只大鼠出現點頭、咀嚼、須動、頭面部抽搐，發作等級為Ⅰ～Ⅱ級(輕度發作)；對照組未見點頭、豎毛、抽搐等表現。LPS組和BIBP3226+NPY+LPS組發作等級明顯高于對照組和NPY+LPS組(P均<0.05)。

圖2 IBA-1抗體染色后的大鼠皮質小膠質細胞 (600×)

3 討 論

癲癇是一種以腦部神經元反復過度同步放電為特征的疾病，臨床上表現為短暫、反復的神經系統功能失常。癲癇的發生與很多因素有關，包括遺傳因素、腦內疾病、外傷、全身疾病等，如先天性腦畸形、先天性顱內積水、嬰兒的產傷及成人的顱內損傷、細菌或病毒性顱內感染、顱內腫瘤等。癲癇發作時，患者意識突然喪失會導致跌倒，發生外傷性損害，長期癲癇也會導致精神障礙、智力衰退，甚至會導致患者死亡。雖然有伽馬刀、手術切除癲癇灶等新的治療方法出現，但藥物治療仍是治療癲癇的主要方法之一。很多癲癇經過藥物或者手術治療后癥狀能夠明顯緩解，但也有些病例經過長期(2～3年)使用多種抗癲癇藥后癥狀仍不能緩解，這種癲癇稱為頑固性癲癇。尋找新的治療方法及有效的治療藥物是人們攻克癲癇頑疾的關鍵。

癲癇發病機制涉及很多方面，其中神經機制是其發病的主要因素，但很多其他因素如免疫和內分泌因素對神經元的功能起著調節作用，這種調節功能的失調會加重癲癇的發生、發展。目前研究發現中樞神經系統內的IL-1β和TNF-α主要由小膠質細胞和星形膠質細胞產生，側腦室注射IL-1β能夠促進熱性驚厥的發生，而注射IL-1β受體拮抗劑則起到相反的作用。在癲癇發生后，腦內IL-1β、TNF-α明顯上升，說明IL-1β、TNF-α與癲癇發生有著密切關系[10-11]，二者增加都起到促進癲癇發生的作用[12]。Vezzani等[13]研究證實給予IL-1β后，動物的腦電活動增強，這種效應可被NMDA受體阻斷劑阻斷，說明IL-1β是通過NMDA受體起作用的。朱曉琴等[14]研究證明，腦室內注射IL-1β能夠誘發癲癇，其作用機制可能與其激活谷氨酸受體有關。NMDA受體是一種谷氨酸受體，其介導的興奮性神經毒性在癲癇的發病發展過程中起著關鍵作用[15]。此受體被過度激活后，可以導致神經元損傷[16-17]。IL-1β和TNF-α促進癲癇發作的機制可能是激活谷氨酸NMDA受體，促進Ca2+內流，導致神經元細胞內Ca2+超載，從而產生細胞毒性作用,誘發癲癇的產生[18-19]。另外小膠質細胞是腦內起著監視作用的免疫細胞，對刺激非常敏感。當內環境發生變化時，小膠質細胞被激活，激活的小膠質細胞釋放大量的炎性因子，對神經元產生毒性作用，導致癲癇發生或加重癲癇發作程度[20-21]。Rodgers等[22]研究表明，LPS可以誘發局部癲癇樣放電，其機制可能是LPS激活膠質細胞，通過膠質細胞的激活，產生大量IL-1β，誘發癲癇。加入IL-1β受體拮抗劑后，阻斷了IL-1β的作用，這種放電明顯減弱或消失，說明膠質細胞來源的IL-1β是誘發放電的主要因素之一，而并非LPS 本身影響神經元導致的癲癇。

LPS可以導致小膠質細胞大量產生IL-1β和TNF-α，這可能是經LPS處理后的膠質細胞培養液注入大腦側腦室后誘發動物癲癇的機制之一。而NPY可以抑制小膠質細胞的激活和IL-1β、TNF-α的產生。本實驗結果顯示，經LPS激活的膠質細胞培養液注入大鼠腦室并未出現癲癇發作，經過LPS激活后的小膠質細胞培養液注入大鼠側腦室時可以很快誘發大鼠癲癇的發生，且發作程度較重，將使用NPY抑制小膠質細胞生物活性的條件培養液注入大鼠側腦室后癲癇發作明顯減輕。本實驗中，體外培養的小膠質細胞與腦組織并未直接接觸，說明小膠質細胞分泌到培養液中的生物活性物質是造成癲癇發作的主要原因。當用BIBP3226阻斷NPY Y1受體后，NPY的作用消失，說明NPY是通過Y1受體起作用的。這為NPY以小膠質細胞為治療靶點，通過神經-免疫途徑治療癲癇提供了實驗依據。

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The inhibiting effect of NPY on the epileptic seizures of rats by acting on microglia

LI Qijun1, WU Yongbo2,CHANG Junying1,XING Zhaoguo1,ZHANG Shuli3, WANG Daoai4,WANG Yanzhi1,MU Weilu1, LI Yan1,JIA Dongzhao1，Chen Taoping5

(1.The Third Hospital of Shijiazhuang, Shijiazhuang 050011,Hebei, China; 2.Forensic Damage Identification Room,the Public Security Bureau of Shijiazhuang, Shijiazhuang 050011,Hebei, China; 3.Orthopedic Hospital of Qinghuangdao, Qinhuangdao 066001, Hebei, China; 4.Zhengding Centers for Disease Control, Zhengding 050800, Hebei, China；5. Affiliated Hospital of Hebei University,Baoding 071000,Hebei，China)

Objective It is to explore the influence of NPY on the epileptic seizure of rats by acting on microglia.Methods The primary cortex microglia of rats was cultured and purified, morphology of microglia were observed through immunocytochemistry staining, Primary cerebral cortical microglia of rats was divided into control group, LPS group, NPY+LPS group, NPY group and BIBP3226+NPY+LPS group. Microglia cells in control group were incubated with serum-free medium for 6 h; microglia cells in LPS group were incubated with serum-free medium including LPS(final concentration 100 ng/mL)for 6 h; microglia cells in NPY+LPS group were incubated with serum-free medium including NPY(final concentration 1 μmol/L) for 0.5 h firstly, then continued the incubation for 6 h after adding LPS (final concentration 100 ng/mL); microglia cells in NPY group were incubated in serum-free medium including NPY (final concentration 1 μmol/L) for 6 h; microglia cells in BIBP3226+NPY+LPS group were incubated in serum-free medium including BIBP3226 (final concentration 1 μmol/L) which was NPY Y1 receptor blocking reagent for 0.5 h, then we incubated them for 0.5 h after adding NPY (final concentration 1 μmol/L),at last the cells were incubated for 6 h after adding LPS with the final concentration 100 ng/mL. 20 adult SD rats were divided into control group,LPS group,NPY+LPS group and BIBP3226+NPY+LPS group,every group included five rats. The levels of epileptic seizure of rats in each group were observed after microglia conditioned mediums were injected respectively into ventricle of the adult rats. Behaviors of the rats in every group were observed, and epilepsy degree was evaluated based on Diehl’s method.Results In 20 minutes, all the 5 rats in LSP group and BIBP3226+NPY+LPS group appeared severe epileptic seizure. There were 4 rats in NPY+LPS group appeared mild epileptic seizures in the same time.There was no rat appeared epileptic seizure in control group. The degrees of epileptic seizure of LPS group were significantly higher than that of the control group. the degrees of NPY+LPS group were significantly lower than that of LPS group. The degrees of BIBP3226+NPY+LPS group were significantly higher than that of NPY+LPS group. There was no difference in the degrees between LPS group and BIBP3226+NPY+LPS group. Conclusion LPS could stimulate microglia cells to cause epileptic seizure of rats. NPY can restrain epileptic seizure of rats through acting on NPYY1 receptor on microglia. This may be related to something with biological activity.

neuropeptide Y; microglia; epileptic seizur

李琦軍，男，副主任醫師，博士，從事骨科診治研究工作。

陳濤平，E-mail：18603121976@163.com

10.3969/j.issn.1008-8849.2015.11.004

R-332

A

1008-8849(2015)11-1150-04

2014-09-14