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大鼠肝損傷過程中肝組織神經營養因子神經突蛋白水平變化及其意義研究

2018-03-22 10:29:19周濤朱美意周杰曹東歐陽軍
中國全科醫學 2018年6期
關鍵詞:血清差異水平

周濤,朱美意,周杰,曹東,歐陽軍

隨著現代工業和交通業的迅猛發展,各類事故所致腹部閉合性損傷日漸增多,而腹部創傷中肝損傷較常見,占腹部創傷發生率>20%[1]。嚴重肝損傷的傷情復雜,并發癥多,病死率為10%[2]。目前對肝損傷的研究主要集中在免疫性、化學性肝損傷,而對機械性肝損傷的研究相對較少。神經突蛋白(Neuritin)作為神經營養因子在多個器官表達,其在肝損傷及修復過程中的變化及作用尚未被研究。因此本研究建立大鼠肝損傷模型,采用免疫組化法觀察肝損傷后不同時間點肝組織Neuritin水平,以初步探討Neuritin在肝損傷修復過程中的作用。

1 材料與方法

1.1 主要試劑 Neuritin免疫組化一抗為多克隆山羊抗體(型號AF283),購于美國R&D公司,相應二抗(型號:PV-9003)購于北京中杉金橋生物技術有限公司,10%水合氯醛購于MERCK,肝素購于南京化學試劑股份有限公司。

1.2 儀器與設備 自制改良型BIM-IV生物撞擊機購于第三軍醫大學;Sartorius電子天平(型號:PRACTUM124-1CN)購自深圳市盛美儀器有限公司;鼠板由本院實驗室提供。

1.3 實驗動物、分組及造模

1.3.1 實驗動物、分組 清潔級SD大鼠126只,由新疆醫科大學動物飼養中心〔許可證號XJZZQ(XK)200301〕提供,6周齡,雌雄不限,體質量(200±20)g。2015年11月—2016年11月,采用隨機數字表法將SD大鼠分為空白組(42只)、非肝損傷組(42只)、肝損傷組(42只)。

1.3.2 造模 各組大鼠腹腔注射10%水合氯醛(3 ml/kg)麻醉,取仰臥位固定于鼠板。肝損傷組采用自制改良型BIM-IV生物撞擊機建立肝損傷模型:將大鼠右側腹部置于自制改良型BIM-IV生物撞擊機打擊頭下,對其劍突與右肋弓夾角處行2次打擊致肝臟鈍性撞擊破裂傷,肝損傷造模成功與否根據美國創傷外科協會(AAST)肝損傷分級標準[3]評判;非肝損傷組大鼠于同一部位給予同一力度致其股骨骨折;空白組不給予任何處置。

1.4 標本采集 分別于造模后6 h、12 h、1 d、2 d、3 d、5 d采用隨機數字表法在各組選取7只大鼠,處死大鼠,完整取下損傷肝組織并使用Sartorius電子天平測量其重量,10%甲醛溶液固定,常規包埋、切片。從股動脈處取靜脈血l~2 ml并肝素化,室溫靜置30 min,3 000 r/min離心10 min(離心半徑3 cm),取血清、分裝并于4 ℃保存待用。

1.5 肝組織HE染色 取肝組織石蠟塊,制備切片(4 μm),進行HE染色,顯微鏡下(×200)觀察肝組織病理情況。

1.6 檢測血清丙氨酸氨基轉移酶(ALT)、天冬氨酸氨基轉移酶(AST)水平 將血清送往石河子大學醫學院第一附屬醫院檢驗科,由固定專業檢驗人員利用全自動生化分析儀檢測血清ALT、AST水平。

1.7 檢測肝組織Neuritin水平 取肝組織石蠟塊,制備切片(4 μm),進行免疫組化染色,采用Envision兩步法:切片脫蠟至水,微波加熱(95 ℃、15 min)以修復抗原,H2O2孵育10 min以減少背景染色;4 ℃孵育過夜;磷酸鹽緩沖液(PBS)震洗3次,5 min/次;滴加二抗,37 ℃孵育30 min;PBS震洗3次,5 min/次;DAB顯色后進行蘇木素核復染、脫水、透明、封固、干燥。以PBS代替一抗作為陰性對照,陽性對照為損傷肝組織標本。計算免疫組化得分(IS),IS采用AB值法來計算:A為染色面積,按切片中顯色細胞比例評分,1分為顯色細胞數占切片中細胞總數的1/3以下,2分為顯色細胞數占切片中細胞總數的1/3~2/3,3分為顯色細胞數占切片中細胞總數的2/3以上;B為染色強度,按切片中細胞有無顯色及深淺評分,0分細胞無著色,1分細胞顯色為淺黃色,2分細胞顯色為深黃色,3分細胞顯色為棕褐色;SI=A×B。以SI代表Neuritin水平。

1.8 統計學方法 采用SPSS 17.0統計學軟件進行數據分析。計量資料以表示,多組間比較采用單因素方差分析,組間兩兩比較采用SNK-q檢驗;兩變量間的相關性采用直線相關分析。以p<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 肝組織HE染色結果 空白組、非肝損傷組各時間點均可見肝細胞排列規則整齊,胞質、細胞核大小形態正常,胞質嗜酸性,細胞膜完整,無變性壞死,無炎性細胞浸潤。肝損傷組造模后6 h時可見肝細胞排列不規則、胞質疏松化及氣球樣變;造模后12 h、1 d、2 d時可見肝細胞大片壞死甚至出現細胞核脫失;造模后3 d、5 d時可見肝細胞排列、胞質、細胞核大小形態接近正常(見圖1)。

2.2 血清ALT、AST水平 3組造模后6 h、12 h、1 d、2 d血清ALT、AST水平比較,差異有統計學意義(p<0.05);3組造模后3 d、5 d血清ALT、AST水平比較,差異無統計學意義(P>0.05)。其中肝損傷組造模后6 h、12 h、1 d、2 d血清ALT、AST水平高于空白組、非肝損傷組,差異有統計學意義(p<0.05)。空白組、非肝損傷組造模后6 h、12 h、1 d、2 d、3 d、5 d血清ALT、AST水平組內比較,差異無統計學意義(P>0.05);肝損傷組造模后6 h、12 h、1 d、2 d、3 d、5 d血清ALT、AST水平組內比較,差異有統計學意義(p<0.05)。其中肝損傷組造模后12 h血清ALT、AST水平高于造模后6 h,造模后2 d、3 d、5 d血清ALT、AST水平低于造模后6 h、12 h,造模后2 d、3 d、5 d血清ALT、AST水平低于造模后1 d,造模后3 d、5 d血清ALT、AST水平低于造模后2 d,差異有統計學意義(p<0.05,見表1)。

2.3 肝組織Neuritin水平 3組造模后6 h、12 h、1 d、2 d、3 d肝組織Neuritin水平比較,差異有統計學意義(p<0.05);3組造模后5 d肝組織Neuritin水平比較,差異無統計學意義(P>0.05)。其中肝損傷組造模后6 h、12 h、1 d、2 d、3 d肝組織Neuritin水平高于空白組、非肝損傷組,差異有統計學意義(p<0.05)。空白組、非肝損傷組造模后6 h、12 h、1 d、2 d、3 d、5 d肝組織Neuritin水平組內比較,差異無統計學意義(P>0.05);肝損傷組造模后6 h、12 h、1 d、2 d、3 d、5 d肝組織Neuritin水平組內比較,差異有統計學意義(p<0.05)。其中肝損傷組造模后12 h、1 d肝組織Neuritin水平高于造模后6 h,造模后3 d、5 d肝組織Neuritin水平低于造模后6 h,造模后1 d、2 d、3 d、5 d肝組織Neuritin水平低于造模后12 h,造模后2 d、3 d、5 d肝組織Neuritin水平低于造模后1 d,造模后3 d、5 d肝組織Neuritin水平低于造模后2 d,造模后5 d肝組織Neuritin水平低于造模后3 d,差異有統計學意義(p<0.05,見圖2、表2)。注:與空白組比較,ap<0.05;與非肝損傷組比較,bp<0.05;與造模后6 h比較,cp<0.05;與造模后12 h比較,dp<0.05;與造模后1 d比較,ep<0.05;與造模后2 d比較,fp<0.05;與造模后3 d比較,gp<0.05

圖1 3組肝組織HE染色結果(×200)Figure 1 HE staining results of liver tissue in three groups

表1 3組血清ALT、AST水平比較(,U/L,n=7)Table 1 Comparison of serum ALT and AST levels measured at different measurement times in three groups

表1 3組血清ALT、AST水平比較(,U/L,n=7)Table 1 Comparison of serum ALT and AST levels measured at different measurement times in three groups

注:ALT=丙氨酸氨基轉移酶,AST=天冬氨酸氨基轉移酶;與空白組比較,ap<0.05;與非肝損傷組比較,bp<0.05;與造模后6 h比較,cp<0.05;與造模后12 h比較,dp<0.05;與造模后1 d比較,ep<0.05;與造模后2 d比較,fp<0.05

空白組 41.2±9.2 42.2±8.5 44.7±9.4 43.0±5.3 43.2±9.0 39.2±7.6 0.27 0.93非肝損傷組 45.3±7.0 40.7±6.6 42.4±7.4 47.2±6.2 45.0±5.8 42.0±6.4 0.89 0.51肝損傷組 261.2±18.4ab 429.2±8.4abc 242.2±15.3abcd 115.0±11.8abcde 53.0±5.4cdef 47.8±8.0cdef 901.46 <0.01 F值 603.61 4 834.46 627.45 142.49 3.42 2.04 P值 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 0.06 0.16組別 AST F值 P值造模后6 h 造模后12 h 造模后1 d 造模后2 d 造模后3 d 造模后5 d空白組 69.3±9.5 68.8±12.8 71.0±10.7 77.0±9.2 73.7±12.2 65.2±10.6 0.85 0.52非肝損傷組 71.8±12.8 73.7±11.9 75.7±9.5 83.2±9.5 72.5±11.8 67.3±11.7 1.30 0.29肝損傷組 275.3±10.8ab 778.2±30.6abc 410.2±16.9abcd 200.2±17.6abcde 78.2±6.9cdef 70.7±10.1cdef 1 411.9 <0.01 F值 676.43 2 413.08 1 391.64 178.40 0.48 0.39 P值 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 0.63 0.68

表2 3組肝組織Neuritin水平比較(,n=7)Table 2 Comparison of Neuritin levels in liver tissue measured at different measurement times in three groups

表2 3組肝組織Neuritin水平比較(,n=7)Table 2 Comparison of Neuritin levels in liver tissue measured at different measurement times in three groups

空白組 1.78±0.23 1.70±0.14 1.71±0.17 1.65±0.10 1.76±0.20 1.70±0.16 0.45 0.85非肝損傷組 1.68±0.18 1.78±0.17 1.68±0.22 1.73±0.17 1.68±0.19 1.71±0.14 0.29 0.91肝損傷組 3.72±0.26ab 6.13±0.25abc 4.48±0.19abcd 3.58±0.14abde 3.28±0.18abcdef 1.85±0.27cdefg 240.32 <0.01 F值 154.55 995.00 397.32 339.50 128.09 1.06 P值 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 0.37

圖2 3組肝組織免疫組化染色結果(×200)Figure 2 Immunohistochemical staining of liver tissue in three groups

2.4 肝損傷組肝組織Neuritin水平與血清ALT、AST水平的相關性 肝損傷組肝組織Neuritin水平與血清ALT、AST水平均呈正相關(r=0.796 2,p<0.001;r=0.769 1,p<0.001;見圖 3、4)。

3 討論

圖3 肝損傷組肝組織Neuritin水平與血清ALT水平的相關性Figure 3 Correlation between Neuritin levels and serum ALT levels in rats with liver injury

圖4 肝損傷組肝組織Neuritin水平與血清AST水平的相關性Figure 4 Correlation between Neuritin levels and serum AST levels in rats with liver injury

肝臟是再生能力較強的實質性器官,其再生機制異常復雜[4]。肝臟由肝實質細胞及肝非實質細胞組成,其中肝實質細胞數量占全部肝細胞的80%[5]。有研究者通過表達于肝實質細胞中的鳥氨酸循環的關鍵酶氨基甲酰磷酸合成酶1(CPS-1)以及表達于肝非實質細胞中的組織金屬蛋白酶抑制劑2(TIMP-2)對肝實質細胞和肝非實質細胞進行檢測分離發現,Neuritin僅在肝實質細胞中有表達[6]。日本研究者發現,在切除成年小鼠70%肝臟后Neuritin水平出現一過性降低,切除手術24 h后,隨著肝臟再生的開始,Neuritin水平開始回升,其水平回升的時間與細胞周期蛋白D1(cyclinD1)一致,而cyclinD1是反映肝臟發育成熟和再生的指標[6]。由此可以推測,Neuritin在肝臟中對肝細胞的發育或再生/增殖均有重要作用,其具有潛在的臨床價值。Neuritin是NEDIVI等[7]于1993年在谷氨酸類似物紅藻氨酸鹽的誘導下,從鼠海馬cDNA文庫中篩選和鑒定出的一系列與長期可塑性相關的候選基因15(CPG15)之一。隨后的研究顯示,光刺激可誘導CPG15在大鼠的視覺皮質中表達[8];對人類腦皮質cDNA文庫篩選得到的CPG15進行初步的功能研究發現,其能促進神經突起的快速生長,故又將其命名為Neuritin[7]。Neuritin是神經營養因子家族中的一種小分子物質,之前有關Neuritin的研究一直集中在神經系統、胃、骨折等[9-11],之后利用免疫組化法對人體正常組織Neuritin水平做了進一步的研究:Neuritin除了在神經系統(腦)表達外,在肝組織中也有明顯表達[12],這與NEDIVI等[13]的研究結果基本一致,證實了Neuritin還參與介導神經系統外其他細胞(真皮微血管內皮細胞,DMVEC)的再生和細胞形態學上的生長變化,并在血管領航和網絡形成中發揮導向作用[14]。Neuritin作為神經營養因子在多個器官表達,但其在肝損傷及修復過程中的變化及作用尚未被研究。因此本研究建立大鼠肝損傷模型,采用免疫組化法觀察肝損傷后不同時間點肝組織Neuritin水平,以初步探討Neuritin在肝損傷修復過程中的作用。

ALT、AST主要分布于肝細胞的胞質和線粒體中,而血清中ALT、AST水平較低;當肝實質細胞受損或壞死時,細胞膜通透性增加并導致線粒體損傷,胞質中的ALT、AST大量流出,血清中ALT、AST水平明顯升高,所以血清ALT、AST是肝細胞損傷的敏感指標[15]。本研究結果顯示,非肝損傷組與空白組造模后6 h、12 h、1 d、2 d血清ALT、AST水平無差異;肝損傷組造模后6 h、12 h血清ALT、AST水平高于空白組、非肝損傷組;肝損傷組造模后12 h血清ALT、AST水平高于造模后6 h,造模后2 d、3 d、5 d血清ALT、AST水平低于造模后6 h、12 h;提示造模成功。肝損傷組造模后1 d、2 d血清ALT、AST水平高于空白組、非肝損傷組;3組造模后3 d、5 d血清ALT、AST水平無差異;肝損傷組造模后2 d、3 d、5 d血清ALT、AST水平低于造模后1 d,造模后3 d、5 d血清ALT、AST水平低于造模后2 d;說明ALT、AST水平升高主要由肝損傷引起,從而排除生物撞擊引起其他組織損傷對ALT、AST水平的影響。肝組織HE染色結果顯示,空白組、非肝損傷組各時間點均可見肝細胞排列規則整齊,胞質、細胞核大小形態正常,胞質嗜酸性,細胞膜完整,無變性壞死,無炎性細胞浸潤;肝損傷組造模后6 h時可見肝細胞排列不規則、胞質疏松化及氣球樣變,造模后12 h、1 d、2 d時可見肝細胞大片壞死甚至出現細胞核脫失;說明本實驗建立的肝損傷模型是成功的。肝損傷組造模后6 h、12 h、1 d、2 d、3 d、5d肝組織Neuritin水平高于空白組、非肝損傷組;肝損傷組造模后12 h、1 d肝組織Neuritin水平高于造模后6 h,造模后3 d、5 d肝組織Neuritin水平低于造模后6 h,造模后1 d、2 d、3 d、5 d肝組織Neuritin水平低于造模后12 h,造模后2 d、3 d、5 d肝組織Neuritin水平低于造模后1 d,造模后3 d、5 d肝組織Neuritin水平低于造模后2 d,造模后5 d肝組織Neuritin水平低于造模后3 d;說明在肝損傷后隨著時間的變化肝組織Neuritin水平有先從低到高,再從高到低的變化。肝損傷組大鼠肝組織Neuritin水平與血清ALT、AST水平均呈正相關,說明大鼠肝損傷后隨著ALT、AST水平升高肝細胞周圍Neuritin水平也上升。因此,推測Neuritin與肝損傷程度、修復密切相關:肝損傷后Neuritin水平升高,可能與肝細胞凋亡有關,同時Neuritin對受損肝細胞有一定的修復作用,其可能參與了肝挫裂傷后的修復過程。Neuritin抗細胞凋亡或促進肝細胞再生的機制可能是:(1)Neuritin通過阻斷半胱氨酸蛋白酶(Caspase)3激活抗凋亡[16];(2)Neuritin顯著增強衰老大鼠肝臟中過氧化物歧化酶、過氧化氫酶以及過氧化物酶的活性,能較好地清除自由基、抑制脂質過氧化反應、降低丙二醛水平及延緩細胞衰老[17];(3)Neuritin通過改善線粒體功能,增加能量合成[16],從而發揮保護肝細胞作用;(4)Neuritin可能通過抑制一氧化氮合酶(NOS)活性[18],從而發揮抗細胞凋亡及保護細胞膜的作用。

本研究的局限性在于其他物理或化學因素也能引起肝損傷,這些引起肝損傷的因素會不會對Neuritin也有一定影響需進一步研究證實。肝損傷后Neuritin水平升高可能是肝損傷修復作用的結果,也可能是其保護作用中的一環節,推測Neuritin可能參與肝損傷后修復,但具體機制仍需進一步研究。因此,進一步探明肝損傷的發生機制,把握肝損傷修復保護的時間規律及最佳時間窗,并且進行相應的藥物預處理,則會給肝損傷的防治帶來很好的前景。

綜上所述,大鼠肝損傷后,肝組織中神經營養因子Neuritin水平先升高再降低,與血清中ALT、AST水平變化一致,其可能在肝損傷后肝細胞的再生或增殖過程中發揮一定的作用,但其具體機制仍需進一步研究。本研究組初步推測Neuritin有可能作為急性肝損傷的分子標志物,為肝損傷的防治發揮一定的臨床價值。

作者貢獻:周濤進行丙氨酸氨基轉移酶(ALT)、天冬氨酸氨基轉移酶(AST)、Neuritin水平檢測;朱美意進行組織學檢查;周杰進行動物實驗;曹東進行信息檢索、論文修改;歐陽軍進行項目設計及指導、質量控制及審核,對文章負責。

本文無利益沖突。

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