CPB期間靜脈泵注Dex的大鼠海馬CA1區神經細胞凋亡情況、腦皮質組織IL-6表達變化及其機制

張璐，謝玉波，陳燕樺，盧伊芝，何芳，梁蓓薇

廣西醫科大學第一附屬醫院，廣西南寧 530021

體外循環(CPB)技術常用于臨床心內直視手術，它的使用大大降低了心臟手術后患者心肌梗死、心力衰竭等心血管不良事件的發生率及其他心臟原因相關病死率[1]。然而研究[2-3]發現，CPB會對心臟手術患者產生神經損傷，術后患者常出現認知功能障礙、譫妄、中風等現象。右美托咪定(Dex)是一種能高度選擇性激動α2腎上腺素能受體的新型藥物，具有一定地中樞抗交感、鎮靜和鎮痛作用，臨床上常被用做麻醉輔助劑。圍手術期間泵注Dex可顯著降低CPB心臟手術后患者出現中風和譫妄的概率，且具有腦保護作用[4]。心臟手術患兒CPB期間可導致腦血流自動調節功能受損，海馬神經元凋亡及大量炎癥因子釋放，而Dex應用于心臟手術能減輕神經細胞凋亡和炎癥反應[5-6]，但關于其具體機制的研究尚少。Janus激酶2/信號轉導子和轉錄激活子3(JAK2/STAT3)信號通路參與調節腦損傷后細胞存活、細胞增殖、細胞周期進展和血管生成的基因表達[7]，抑制此通路可加速凋亡過程中神經細胞的恢復，減少凋亡細胞的數量，從而降低腦梗死的大小，改善神經功能[8]。2019年9月—2020年3月，我們觀察了體外循環(CPB)期間靜脈泵注右美托咪定(Dex)的大鼠海馬CA1區神經細胞凋亡情況、腦皮質組織IL-6表達變化，并探討其機制。

1 材料與方法

1.1 實驗動物 健康雄性成年SPF級SD大鼠48只，體質量300～350 g,由廣西醫科大學實驗動物中心提供[SCXK(桂)2016-0054]，所有動物實驗操作均在實驗動物中心屏障動物實驗設施完成[SYXK(桂)2016-0037]。本實驗經廣西醫科大學第一附屬醫院倫理委員會的批準[2016(KY-E-002)]，并嚴格按照實驗動物使用的3R原則給予人道主義的關懷。

1.2 藥物、試劑及儀器 Dex(批號：15011032，江蘇恒瑞醫藥股份有限公司)；IL-6 ELISA試劑盒(美國eBioscience公司)，TUNEL試劑盒(美國Roche公司)，BCA蛋白測定試劑盒(上海雙螺旋生物科技有限公司)，兔抗大鼠pJAK2、pSTAT3單克隆抗體(美國Abcam公司)，紅外標記的二抗(美國Cell Signaling Technology公司)，Western blot一抗、二抗稀釋液(上海碧云天生物科技研究所)；小動物膜式氧合器(東莞科威公司)，體外循環機(德國Stockert公司)，電泳儀(美國Bio-Rad公司)。

1.3 實驗動物分組、Dex給藥方法及CPB模型制備 48只大鼠按照隨機數字表法分為3組各16只。①Dex組(D組)：在制模前10 min按照5 μg/kg的負荷劑量靜脈泵注Dex，后制備CPB模型，即大鼠腹腔注射1%戊巴比妥鈉(50 mg/kg)，麻醉成功后將大鼠仰臥固定于操作臺上，運用16 G靜脈套管針進行經口腔氣管插管，設置小動物呼吸機參數(潮氣量3 mL/100 g，頻率60次/分)，進行機械通氣。大鼠右側頸前區，左右腹股溝區常規剪毛、消毒，后分別行1 cm左右大小切口，用玻璃分針鈍性分離出大鼠右頸外靜脈，右股靜脈和左右股動脈，行左股動脈穿刺并置入24 G靜脈套管針，用作監測實時動脈血壓、血氣變化和全身肝素化處理，左側股動脈穿刺并置入24 G靜脈套管針，用作連接小動物膜式氧合器出血端即CPB灌注端，右頸外靜脈穿刺并置入20 G靜脈套管針至右心房，右股靜脈穿刺并置入22 G靜脈套管針，將右頸外靜脈、右股靜脈聯合用作連接小動物膜式氧合器入血端即CPB流出端，轉機開始前經左側股動脈注入肝素鈉500 U/kg，若ACT>480 s開始轉機，轉機開始后，流出端依靠30 cm左右的重力差引流血液至貯血器，通過滾軸泵入氧合器經灌注端回輸，灌注量為100～120 mL/(kg·min)，大鼠平均動脈血壓維持在75～100 mmHg，整個CPB環路無氣泡產生，即模型制備成功。若動物模型制備不成功，則選取同種大鼠重新進行實驗。制模后轉機2 h，轉流期間Dex以5 μg/(kg·h)的泵注速度維持。轉機2 h后停CPB。②體外循環組(C組)：建立大鼠CPB模型，模型制備方法參照“①”，制模后轉機2 h，轉流期間給予與D組等量生理鹽水。③假手術組(S組)：只作動靜脈血管穿刺置管，不轉機，給予與D組等量生理鹽水。

1.4 大鼠海馬CA1區神經細胞凋亡率測算 采用TUNEL法。各組大鼠于CPB轉流2 h結束后立即隨機取8只，開胸，分離出心臟，剪開心尖部和右心耳，依次經升主動脈灌注100 mL生理鹽水和4 ℃、4%多聚甲醛，頸椎僵硬后立即剪斷頭部取出腦組織，快速于冰面上分離出海馬，放入4 ℃、4%多聚甲醛中固定24 h，常規脫水，石蠟包埋后，制成5 μm厚的冠狀切片。參照TUNEL試劑盒步驟進行操作，取石蠟切片，依次經脫蠟復水、蛋白酶消化、染色(TUNEL、DAB、蘇木素)、脫水、中性樹脂封片后，光鏡下觀察，凋亡細胞的細胞核呈棕褐色，且可見棕黃色顆粒。每張切片隨機選取海馬CA1區5個視野，計數凋亡細胞數和總細胞數，神經細胞凋亡率(%)=凋亡細胞數/總細胞數×100%。

1.5 大鼠大腦皮質組織勻漿上清液IL-6水平檢測 采用ELISA法。CPB轉流2 h結束后立即處死各組余下的8只大鼠，剪斷頭部，取出腦組織，快速的在冰面上分離出海馬和皮質，海馬組織保存于-80 ℃冰箱中(用于下述實驗)，皮質組織用勻漿器充分勻漿，后置于離心機，以3 000 r/min速度離心30 min，吸取上清液，按照ELISA試劑盒說明書步驟檢測IL-6。

1.6 大鼠海馬組織pJAK2、pSTAT3蛋白檢測 Western blot法。取“1.5”已制備并保存于-80 ℃冰箱中的海馬組織，加入RIPA裂解液和PMSF，使蛋白在冰上充分裂解40 min，后以12 000 r/min速度離心5 min，棄沉淀留上清液。按照BCA法進行蛋白定量。分別制備12%分離膠和5%濃縮膠，取60 μg蛋白加入上樣緩沖液(與蛋白比例1∶4)，100 ℃變性后，點樣到SDS-PAGE凝膠中進行電泳，PVDF膜先用純甲醇浸泡后放入平衡液中，待電泳完畢后，采用半干法使蛋白轉移至PVDF膜上，膜用5%脫脂奶粉室溫封閉1 h，TBST漂洗，加入兔抗大鼠pJAK2單克隆抗體(1∶1 000)、兔抗大鼠pSTAT3單克隆抗體(1∶1 000)和兔抗ACTB多克隆抗體(1∶3 000)，4 ℃孵育過夜。TBST漂洗去除未結合的一抗。加入羊抗兔IgG抗體(1∶10 000)，室溫孵育2 h。以β-actin為內參，應用Odyssey成像系統掃膜，采用Imaga J軟件測定灰度值，以目的條帶與內參條帶的灰度值比值表示pJAK2、pSTAT3蛋白相對表達量。

2 結果

2.1 各組大鼠海馬CA1區神經細胞凋亡率比較 D、C、S組神經細胞凋亡率分別為3.93%±0.30%、14.40%±0.18%、3.11%±0.24%，D、S組分別與C組比較，P均<0.05。

2.2 各組大鼠大腦皮質組織勻漿上清液IL-6水平比較 D、C、S組IL-6水平分別為(31.04±0.70)、(47.84±1.33)、(27.99±0.80)pg/100 mg，D、S組分別與C組比較，P均<0.05。

2.3 各組大鼠海馬組織pJAK2、pSTAT3蛋白相對表達量比較 海馬組織pJAK2、pSTAT3蛋白相對表達量比較見表1。

表1 各組大鼠海馬組織pJAK2、pSTAT3蛋白相對表達量比較

3 討論

CPB對全身灌注的內臟器官產生負面影響，腦損傷是CPB的常見并發癥之一[9]。CPB相關腦損傷可能與炎癥反應、腦灌注不足、栓塞等病理生理學機制有關，其中炎癥反應神經細胞凋亡和在CPB所致腦損傷的發展過程中起重要作用，減輕細胞凋亡和抑制炎癥因子釋放對CPB期間腦保護有重要意義[10-11]。研究[12]表明，CPB是非生理性灌注，血液成分與非生物材料接觸引發炎癥反應。

大量動物實驗和臨床試驗均證實，Dex表現出一定地腦保護作用[13-14]。已有研究報道，Dex可緩解大鼠創傷性腦損傷，其機制可能與減少神經細胞凋亡和炎癥反應有關[15]。WANG等[16]通過建立大鼠腦缺血再灌注損傷模型，發現Dex使腦缺血梗死面積明顯縮小，改善認知記憶功能障礙以及提高腦缺血后存活率。另外研究證實，Dex的使用可減少異丙酚誘導的發育期大鼠海馬CA1區凋亡細胞數，降低活化Caspase-3表達，減輕神經毒性[17]。本研究發現，與C組比較，D組大鼠海馬CA1區神經細胞凋亡率降低，大腦皮質勻漿上清液IL-6水平降低，提示Dex對大鼠CPB腦損傷有保護作用。

JAK2/STAT3通路是一條細胞內重要的信號轉導通路，其可與炎癥因子(如白細胞介素)間相互調節。JAK2通過磷酸化被激活，STAT3作為JAK2的下游因子在JAK2激活后發生磷酸化[18]。LI等[19]通過建立大鼠CPB循環模型，發現海馬組織pJAK2、pSTAT3表達上調，使用JAK2/STAT3通路特異性拮抗劑能改善CPB大鼠術后認知功能障礙。研究證實，抑制JAK2/STAT3信號通路能減輕腦缺血再灌注損傷所致神經細胞凋亡和炎癥反應[20]。本研究發現，與S組比較，C組大鼠海馬組織pJAK2、pSTAT3蛋白相對表達量升高；與C組比較，D組海馬組織pJAK2、pSTAT3蛋白相對表達量降低；上述結果提示，Dex可能通過抑制JAK2/STAT3信號通路的激活對CPB大鼠腦損傷發揮保護作用。

總之，CPB期間靜脈泵注Dex可減輕大鼠神經細胞凋亡和腦部炎癥，機制可能與其可抑制JAK2/STAT3信號通路的激活有關。