燈盞花素對缺氧/復氧誘導的皮質神經元凋亡的影響

趙中華，張桃桃，王 慧

0 引言

大腦缺血時誘發氧化應激反應，釋放脂質過氧化產物、谷氨酸、興奮性氨基酸及炎性因子，加重腦組織損傷[1-2]。神經細胞損傷后不可逆，因此，盡快恢復腦組織血流、保證腦組織氧供對神經元突觸的重塑及存活有著重要意義。燈盞花素(Scutellarin)是臨床常用的腦保護劑，具有減輕組織水腫、改善微循環、抗氧化、擴張血管的作用[3-4]。

缺血性腦卒中是一個復雜的病理生理過程，涉及神經細胞凋亡、氧化應激、炎癥反應等多個環節。Bcl-2蛋白屬膜整合蛋白，能夠阻止細胞色素C從線粒體釋放到細胞質，從而抑制細胞凋亡。Bax是重要的促細胞凋亡基因之一，其過度表達可拮抗Bcl-2的保護效應而使細胞趨于死亡。本實驗采用缺氧/復氧模式模擬在體腦缺血再灌注損傷，以原代培養的大鼠皮質神經元為研究對象，研究燈盞花素對神經元的保護作用及機制，為其臨床應用提供科學的實驗資料。

1 材料與方法

1.1 材料 燈盞花素(美國Sigma公司，純度>99%)，DMEM培養基(北京索萊寶科技有限公司)，CCK-8試劑盒(武漢博士德生物工程有限公司)，LDH、SOD、MDA試劑盒(南京建成生物試劑公司)，2′,7′-二氯二氫熒光素二乙酸酯(2′,7′-dichlorodi hydrofluorescein diacetate，H2DCFDA)熒光探針(美國BD公司)，FITC Annexin V凋亡檢測試劑盒(美國BD公司)，Bcl-2及Bax抗體(上海碧云天公司)。

1.2 方法

1.2.1 細胞培養 取出生24 h內SD大鼠，置于培養皿中，無菌條件下取大腦皮層，快速剪碎后置于含0.125%胰蛋白酶的PBS液中，37 ℃消化15 min，制備細胞懸液，1 000 r/min離心5 min，棄上清液后將細胞接種于塑料培養瓶中，37 ℃、5% CO2的培養箱中培養，3～5 d換液1次。

1.2.2 缺氧復氧模型的建立及細胞分組 共分4組，每組5個復孔。①對照組：常規培養。②模型組(神經元缺氧/復氧模型)：細胞置37 ℃培養罐中，緩慢持續通入含有5% CO2+95% N2的混合氣體30 min，至罐內氧氣含量低于1%，造成神經元缺氧，密封培養罐4 h后，將原來的培養液吸除，重新更換培養液，立即將細胞移至37 ℃、5% CO2的培養箱中繼續培養12 h，使細胞復氧。③燈盞花素低、高濃度組：進行缺氧/復氧操作前0.5 h，在培養基中加入溶于DMSO的燈盞花素(1、10 μmol/L)，其余步驟同模型組。

1.2.3 CCK-8法測定神經元細胞增殖 神經元培養于96孔板內，每孔200 μl，細胞密度為1×105/ml，棄去原有培養液，將已配置含10% CCK-8的培養基以換液的形式加入，接種后的96孔板37 ℃培養箱中培養4 h，觀察細胞已貼壁。用480 nm吸光度進行檢測。

1.2.4 各組細胞上清液LDH及細胞內SOD、MDA檢測 收集神經元細胞上清液，嚴格按照LDH試劑盒說明書檢測各組細胞上清液LDH活性；另取各組細胞，裂解后按照SOD、MDA試劑盒的方法進行各樣本吸光度值檢測。

1.2.5 流式細胞技術檢測神經元內活性氧表達 神經元細胞培養于6孔板中，每孔500 μl，細胞密度為1×105個/ml，磷酸緩沖液(Phosphate buffer solution，PBS)沖洗3遍，離心(1 000 r/min)后收集細胞，黑暗中在室溫下加入5 μl H2DCFDA染料，15 min后流式細胞儀檢測并分析細胞內活性氧表達量變化。

1.2.6 FITC Annexin V細胞凋亡檢測 收集細胞后PBS制備細胞懸液，1 000 r/min離心并收集細胞，離心管內加入300 μl緩沖液，混勻后加入5 μl Annexin-V和10 μl PI，避光反應30 min后采用流式細胞儀檢測細胞凋亡率。

1.2.7 Western blot檢測Bcl-2及Bax的蛋白表達水平 收集細胞并提取總蛋白，10 000 r/min離心10 min后取上清，行10%SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳，轉膜后5%的脫脂奶粉4 ℃封閉2 h，加一抗過夜，室溫下孵育二抗1 h，ECL化學發光法自顯影并采集圖像。

2 結果

2.1 燈盞花素濃度對神經元細胞存活率的影響 模型組神經元細胞存活率為36.68%±4.79%，對照組為100.42%±4.55%，兩組比較差異有統計學意義(P<0.05)。用1、10 μmol/L燈盞花素處理后，細胞存活率逐漸提高，分別為59.87%±4.53%和69.93%±5.27%，與對照組及模型組比較差異均有統計學意義(P<0.05)。見表1。

表1 燈盞花素對神經元細胞存活率的影響

注：與對照組比較，*P<0.05；與模型組比較，#P<0.05

2.2 燈盞花素對缺氧/復氧神經元細胞LDH外漏及SOD、MDA水平的影響 與對照組相比，模型組細胞外培養基中LDH的釋放顯著增加(P<0.05)。與模型組相比，燈盞花素能夠顯著降低缺氧/復氧神經元細胞外上清液中LDH水平(P<0.05)，說明燈盞花素能緩解細胞損傷。與對照組比較，模型組神經元細胞內SOD水平降低，MDA水平升高(P<0.05)；與模型組比較，燈盞花素組能顯著升高SOD活力，降低MDA水平(P<0.05)，且與濃度相關。其中，燈盞花素高濃度組中LDH及SOD水平與對照組比較，差異無統計學意義(P>0.05)，說明燈盞花素可以部分恢復LDH及SOD水平。見表2。

表2 燈盞花素對缺氧/復氧皮質神經元損傷LDH、SOD和MDA的影響

注：與對照組比較，*P<0.05；與模型組比較，#P<0.05

2.3 燈盞花素對神經元細胞內ROS的影響 H2DCFDA熒光探針標記法是一種檢測細胞內ROS生成量變化的檢查方法，細胞氧化損傷程度越重，主峰越向右側偏移。流式細胞技術結果顯示，對照組細胞內ROS表達均較低，ROS主峰位于基線左側，模型組DCF熒光信號明顯增強，ROS主峰位于基線右側，不同濃度燈盞花素干預后，熒光信號強度逐漸減弱，ROS主峰向基線左側移位。見圖1。

圖1 流式細胞技術檢測神經元細胞內ROS改變

2.4 燈盞花素對神經元細胞凋亡的影響 熒光顯微鏡下，對照組未見明顯凋亡細胞，細胞核均為暗藍色低熒光；模型組細胞核著色不均勻，凋亡細胞呈亮藍色高熒光；1、10 μmol/L燈盞花素處理后凋亡細胞數量逐漸減少。見圖2、表3。

圖2 Hoechst染色觀察神經元細胞凋亡

2.4 Bcl-2及Bax蛋白表達水平檢測 Bcl-2蛋白在模型組中的表達明顯降低，與對照組相比差異有統計學意義(P<0.05)；低、高濃度燈盞花素組Bcl-2蛋白表達逐漸升高，與模型組比較差異均有統計學意義(P<0.05)；Bax蛋白在模型組中的表達明顯升高，與對照組相比差異有統計學意義(P<0.05)；燈盞花素干預可降低Bax蛋白的表達，低、高劑量燈盞花素組Bax蛋白的相對表達量與模型組相比差異有統計學意義(P<0.05)；其中，高劑量燈盞花素組Bcl-2蛋白的相對表達量與對照組相比差異無統計學意義(P>0.05)，說明高劑量燈盞花素促進了神經元細胞內Bcl-2表達趨于正常化。見圖3、表4。

表3 燈盞花素對神經元細胞凋亡的影響

注：與對照組比較，*P<0.05；與模型組比較，#P<0.05

圖3 燈盞花素對神經元細胞內Bcl-2及Bax表達的影響

表4 各組Bcl-2及Bax蛋白相對表達比較

組別Bcl-2Bax對照組0.80±0.220.21±0.06模型組0.19±0.12*0.83±0.11*燈盞花素低濃度組0.29±0.16*#0.45±0.10*#燈盞花素高濃度組0.75±0.18#0.39±0.12*#

注：與對照組比較，*P<0.05；與模型組比較，#P<0.05

3 討論

臨床上，燈盞花素已經用于輔助治療腦卒中[5-6]。研究表明，燈盞花素通過擴張腦血管改善微循環、恢復缺血病變區血流量等方式復原和改善神經功能；此外，燈盞花素還可減輕腦組織血管損傷和炎癥反應，從而減少缺血缺氧對神經功能的損傷，對腦缺血疾病有較好的療效[5,7]。基于燈盞花素較強的抗氧化損傷作用，可以有效清除自由基，對改善患者生活能力和認知功能有明確效果[6]。

關于燈盞花素對原代培養大鼠神經元缺氧/復氧損傷保護作用的研究不多，徐露等[8]觀察燈盞花素聯合冰片對缺氧/復氧下原代培養大鼠腦微血管內皮細胞影響，結果顯示，兩者聯合應用可促進ZO-1和Claudin-5蛋白的表達，維持血腦屏障(BBB)緊密連接的完整性。

多種腦血管疾病的損傷機制與神經細胞的缺氧/復氧損傷密切相關[9]。原代培養的神經元缺氧后，谷氨酸遞質及嘌呤類代謝產物增加，復氧后在黃嘌呤氧化酶的作用下大量活性氧族(ROS)堆積，ROS水平高低與腦損傷程度直接相關。當ROS水平較高時，神經細胞氧化應激反應增強，細胞損傷加重[10-11]。本研究結果顯示，缺氧/復氧破壞了神經元正常生理功能，細胞存活率顯著下降。

LDH存在于機體所有組織細胞的胞質內，其含量高低可反映細胞膜的完整性。SOD是細胞內具有抗氧化作用的酶，SOD水平高低反映了機體間接清除氧自由基的能力，兩者活力和含量可反映細胞抗氧化的能力。MDA是膜質過氧化最重要的產物之一，它的產生能增加細胞膜損傷，因此，可通過MDA了解膜質過氧化的程度，以間接測定膜系統受損程度。本實驗結果顯示，燈盞花素預處理能顯著降低缺氧/復氧神經元細胞外上清液中LDH漏出率，增加缺氧/復氧神經元細胞內SOD的表達，降低細胞內MDA含量。

H2DCFDA熒光探針是一種檢測細胞氧化應激狀態的染色方法。本研究采用流式細胞技術觀察缺氧/復氧對神經元的氧化損傷程度，觀察結果顯示，模型組神經元氧化損傷明顯，燈盞花素可以不同程度地抑制缺氧/復氧誘導的神經元氧化損傷。

Hoechst 33258染色劑能嵌入凋亡細胞的細胞核DNA，使細胞核濃染，呈致密顆粒和(或)塊狀藍色高熒光。本實驗中，模型組中亮藍色熒光明顯增多，證實缺氧/復氧可以誘發神經元細胞凋亡，燈盞花素低濃度組及燈盞花素高濃度組中凋亡細胞比例逐漸降低。

腦缺血/再灌注引起的細胞損傷可以通過細胞凋亡的方式導致神經元死亡[12]。Bcl-2在氧化應激介導的細胞凋亡反應中起重要作用，具有潛在的抗凋亡作用[13]。Bax表達水平的高低直接反映細胞凋亡程度，Western blot結果顯示，模型組細胞中Bcl-2蛋白表達明顯降低，Bax蛋白表達明顯增加，提示缺氧/復氧誘導了神經元凋亡，燈盞花素通過改變Bcl-2、Bax蛋白的表達發揮抗細胞凋亡作用。

綜上所述，燈盞花素能夠有效抑制缺氧/復氧誘導的神經元凋亡，為預防和治療缺血性腦卒中及退行性神經疾病提供了理論支持。