銀杏內酯B對癲癇模型大鼠腦保護作用及其機制研究

魯光輝 李新峰 馮 亮 羅 玲 王海華

（邯鄲市第二醫院，河北邯鄲 056000）

癲癇（epilepsy，EP）是一種較為常見的慢性神經系統疾病，我國EP患者約900萬，每年新發病例約45萬，發病率為25～35個/10萬，并且具有反復性、自發性的特點，嚴重危害患者的身心健康[1]。EP發作是神經元過度興奮和自由基堆積的過程，研究顯示EP發作時間超過30 min即可造成大腦神經元損傷，海馬神經元最為敏感[2]，而氧化應激反應和細胞凋亡在其病變過程中發揮著重要作用[3-4]。核因子E2相關因子2（nuclear factor e2-related factor 2，Nrf2）/血紅素加氧酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）是細胞調控氧化應激反應和細胞凋亡的關鍵信號通路[5-6]。銀杏內酯B（ginkgolide B，GB）是從銀杏葉中提取出的一種倍半萜內酯化合物，具有良好的抗氧化和抗凋亡活性[7]，但GB能否通過抑制氧化應激反應和細胞凋亡減輕EP所致腦組織損傷尚未見文獻報道。本實驗通過制備EP大鼠模型，研究GB對EP模型大鼠氧化應激、細胞凋亡以及Nrf2/HO-1通路的影響，探討GB對EP模型大鼠腦保護作用及其機制，現將研究結果報道如下。

1 實驗材料

1.1 實驗動物 SPF級雄性SD大鼠120只，體質量220～250 g，由河北省實驗動物中心提供[許可證號：SCXK（冀）2018-004]，適應性飼養 7 d后開展實驗。飼養條件：12 h光照黑暗交替，溫度（25±1）℃，相對濕度（65±5）%。本實驗通過邯鄲市第二醫院倫理委員會審查，倫理批號：HDEY LL〔K〕字2020-024。

1.2 藥物與試劑 GB購自美國Sigma公司（批號：BN90418）；注射用丙戊酸鈉（valproate，VPA）購自成都諾迪康生物制藥有限公司（批號：20190716）；末端脫氧核苷酰基轉移酶介導dUTP切口末端標記（TUNEL）染色試劑盒和丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）試劑盒購自南京建成生物工程研究所（批號：200413、200326、200113、200308）；兔抗鼠Nrf2、HO-1、核因子-κB（NF-κB）、半胱氨酸蛋白酶-3（Caspase-3）、激活型Caspase-3（Cleaved Caspase-3）、β-肌動蛋白（β-actin）抗體和羊抗兔IgG二抗購自北京博奧森生物技術有限公司（批號：bs-1074R、bs-23667R、bs-20355R、bs-0081R、bsm-52289R、bs-0061R、bs-0295G）。

1.3 主要儀器 石蠟包埋機（型號：TDK-BMB），孝感泰康達醫療設備公司；石蠟切片機（型號：RM2125），德國Leica公司；紫外-可見分光光度計（型號：UV2000），上海尤尼柯公司；電泳槽（型號：VE180）、轉膜儀（型號：VE186VE180），上海天能科技有限公司；凝膠成像系統（型號：GelDoc2000），美國Bio-Rad公司；倒置光學顯微鏡（型號：AI09），日本奧林巴斯公司。

2 實驗方法

2.1 分組、造模與給藥 按照隨機數字表法將120只SD大鼠隨機分為空白對照組、模型組、VPA組和GB低、中、高劑量組，每組20只。除空白對照組外，其余各組大鼠均參照康云霄等[8]報道的氯化鋰-匹羅卡品法誘導制備EP大鼠模型：以127 mg/kg劑量腹腔注射氯化鋰溶液，20 h后以15 mg/kg劑量背部皮下注射匹羅卡品溶液。空白對照組上述步驟均同步給予生理鹽水。各組均在注射匹羅卡品前30 min腹腔注射給予相應劑量藥物或生理鹽水（空白對照組和模型組給予生理鹽水，GB低、中、高劑量組給藥劑量分別為2.5、5、10 mg/kg[9]，VPA組給藥劑量為300 mg/kg[10]）。

2.2 大鼠行為學觀察 注射匹羅卡品后2 h內觀察各組大鼠行為學變化，記錄EP首次發作潛伏期、發作持續時間，參照Racine分級標準對各組大鼠EP發作程度進行分級[11]：無發作為0級；須動及口周、面部肌肉抽搐為Ⅰ級；點頭或濕狗樣頻繁抖動為Ⅱ級；前肢局限性陣攣為Ⅲ級；前肢局限性陣攣伴后肢站立的全身強直性發作為Ⅳ級；伴有站立并摔倒、翻滾的全身強直陣攣發作為Ⅴ級。

2.3 大腦海馬組織病理學檢查和神經元凋亡觀察 注射匹羅卡品24 h后，各組隨機取10只大鼠，麻醉后開胸，暴露心臟，由左心室-右心耳通路依次灌注300 mL生理鹽水、300 mL 4%多聚甲醛溶液，斷頭取腦，置于4%多聚甲醛溶液固定72 h后，行石蠟包埋、4 μm厚度切片、透明和脫蠟。部分組織切片行常規HE染色，中性樹脂封片后通過光學顯微鏡觀察大腦海馬組織病理學改變。部分組織切片按照TUNEL試劑盒操作方法進行處理，50%甘油封片后通過光學顯微鏡觀察海馬區神經元凋亡狀況，細胞核黃褐色為陽性著色。凋亡指數（apoptosis index，AI）計算：每只大鼠隨機取5張切片，計數視野內凋亡細胞數和細胞總數，取比值的百分比，AI（%）=（凋亡細胞數/細胞總數）×100%。

2.4 大腦海馬組織SOD、CAT活力和MDA含量檢測 注射匹羅卡品24 h后，取各組剩余的10只大鼠，麻醉后脊椎脫臼處死，斷頭取腦并剝離海馬，加入9倍量冷裂解液后研磨勻漿，4 ℃離心（離心半徑10 cm，3000 r/min，10 min）取上清液，然后采用黃嘌呤氧化法和鉬酸銨法分別檢測SOD、CAT活力，硫代巴比妥酸法檢測MDA含量。

2.5 大腦海馬組織Nrf2、HO-1、NF-κB、Caspase-3、Cleaved Caspase-3蛋白表達檢測 取“2.4”步驟海馬組織勻漿、離心所得的上清液，4 ℃離心（離心半徑10 cm，12 000 r/min，20 min）取沉淀，BCA法檢測總蛋白濃度，95 ℃水浴使蛋白變性后，SDS-PAGE膠電泳分離蛋白，濕法轉PVDF膜，5%脫脂奶粉37 ℃封閉1 h后，滴加目標蛋白（Nrf2、HO-1、NF-κB、Caspase-3、Cleaved Caspase-3）和β-actin 一抗后4 ℃孵育過夜，PBS溶液洗膜后滴加IgG二抗37 ℃孵育1 h，洗膜后滴加DAB顯色，然后以β-actin為內參半定量目標蛋白表達。

2.6 統計學方法 運用SPSS 15.0軟件對數據進行統計分析。計量資料以（±s）表示，多組間均數比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

3 實驗結果

3.1 各組大鼠行為學指標比較 空白對照組大鼠行為正常，未出現EP發作，EP發作級別為0級。模型組大鼠發作程度評級明顯高于模型組（P＜0.01）。各給藥組與模型組組間各項指標比較結果見表1。

表1 各組大鼠行為學指標比較（±s）

表1 各組大鼠行為學指標比較（±s）

注： 與空白對照組比較，**P＜0.01；與模型組比較，△△P＜0.01；與GB低劑量組比較，▲▲P＜0.01；與GB中劑量組比較，&&P＜0.01；與GB高劑量組比較，#P＜0.05，##P＜0.01。

組別 動物數/只 潛伏期/s 發作持續時間/min 發作程度/級空白對照組 10 0.00±0.00模型組 10 125.84±20.18 26.13±3.75 3.80±0.62**GB低劑量組 10 144.15±22.71 23.65±4.09 3.30±0.57 GB中劑量組 10 205.37±34.59△△▲▲ 14.83±2.94△△▲▲ 2.40±0.46△△▲▲GB高劑量組 10 327.64±45.27△△▲▲&& 7.05±1.48△△▲▲&& 1.20±0.25△△▲▲&&VPA組 10 281.92±43.07△△▲▲&&# 9.40±1.58△△▲▲&&## 1.50±0.37△△▲▲&&#

3.2 各組大鼠海馬組織病理學改變比較 空白對照組大鼠海馬神經元呈圓形或橢圓形，排列整齊、層次清晰，核膜、核仁清晰；模型組大鼠海馬神經元出現數量減少，形態不規則，排列紊亂、層次不清，核仁固縮、偏移、深染等病理學改變；與模型組比較，GB各劑量組和VPA組大鼠海馬神經元上述病理學形態結構改變呈不同程度減輕，其中GB高劑量組海馬神經元數量減少不明顯，形態較規則，排列較整齊，效果優于其他組。見圖1。

圖1 各組大鼠海馬組織病理學改變情況（HE，×400）

3.3 各組大鼠海馬神經元凋亡水平比較 空白對照組大鼠海馬區僅可見極少量凋亡神經元，AI為（3.48±0.57）%；與空白對照組比較，模型組大鼠海馬神經元凋亡數量明顯增多，AI為（46.95±8.01）%，明顯高于空白對照組（P＜0.01）；與模型組比較，GB中、高劑量組和VPA組大鼠海馬神經元凋亡數量明顯減少，AI分別為（24.01±4.73）%、（14.39±2.84）%、（17.74±3.08）%，均明顯低于模型組（P＜0.01）；GB低劑量組AI為（39.47±7.62）%，明顯高于GB中、高 劑 量 組 和VPA組（P＜0.01）；GB高 劑 量 組 和VPA組AI明 顯低于GB中劑量組（P＜0.01）；GB高劑量組AI明顯低于VPA組（P＜0.05）。見圖2。

圖2 各組大鼠海馬神經元凋亡狀況（TUNEL，×400）

3.4 各組大鼠海馬組織SOD、CAT活力和MDA含量比較 與空白對照組比較，模型組大鼠海馬組織SOD、CAT活力降低，MDA含量升高，差異有統計學意義（P＜0.01）。各給藥組與模型組組間上述指標比較結果見表2。

表2 各組大鼠海馬組織SOD、CAT活力和MDA含量比較（±s）

表2 各組大鼠海馬組織SOD、CAT活力和MDA含量比較（±s）

注： 與空白對照組比較，**P＜0.01；與模型組比較，△P＜0.05，△△P＜0.01；與GB低劑量組比較，▲▲P＜0.01；與GB中劑量組比較，&P＜0.05，&&P＜0.01；與GB高劑量組比較，#P＜0.05，##P＜0.01。

組別 動物數/只 SOD/（U/mg） CAT/（U/mg） MDA/（nmol/mg）空白對照組 10 2.71±0.30 54.86±6.59 7.23±1.41模型組 10 1.39±0.18** 44.92±4.70** 27.64±3.82**GB低劑量組 10 1.52±0.17 47.08±5.53 25.40±3.69 GB中劑量組 10 1.86±0.20△△▲▲ 49.52±5.74△ 19.82±3.18△△▲▲GB高劑量組 10 2.16±0.23△△▲▲&& 52.37±6.28△△ 13.54±2.71△△▲▲&&VPA組 10 1.80±0.19△△▲▲## 51.16±5.95△ 16.35±3.07△△▲▲&#D E F

3.5 各組大鼠海馬組織Nrf2、HO-1、NF-κB、Caspase-3、Cleaved Caspase-3蛋白表達比較 與空白對照組比較，模型組大鼠海馬組織Nrf2、HO-1表達下調，NF-κB、Cleaved Caspase-3表 達 上 調，Cleaved Caspase-3/Caspase-3比值升高，差異均有統計學意義（P＜0.01）。各組上述指標表達見圖3，各給藥組與模型組組間上述指標比較結果見表3。

表3 各組大鼠海馬組織Nrf2、HO-1、NF-κB、Caspase-3、Cleaved Caspase-3蛋白表達及Cleaved Caspase-3/Caspase-3比值比較（±s）

表3 各組大鼠海馬組織Nrf2、HO-1、NF-κB、Caspase-3、Cleaved Caspase-3蛋白表達及Cleaved Caspase-3/Caspase-3比值比較（±s）

注： 與空白對照組比較，**P＜0.01；與模型組比較，△△P＜0.01；與GB低劑量組比較，▲P＜0.05，▲▲P＜0.01；與GB中劑量組比較，&&P＜0.01；與GB高劑量組比較，#P＜0.05，##P＜0.01。

組別 動物數/只 Nrf2/β-actin HO-1/β-actin NF-κB/β-actin Caspase-3/β-actin Cleaved Caspase-3/β-actin Cleaved Caspase-3/Caspase-3空白對照組 10 0.96±0.15 0.88±0.16 0.04±0.02 0.67±0.11 0.03±0.01 0.05±0.02模型組 10 0.14±0.04** 0.07±0.02** 0.75±0.18** 0.62±0.13 0.97±0.18** 1.56±0.27**GB低劑量組 10 0.23±0.05△△ 0.09±0.03 0.61±0.14 0.69±0.14 0.63±0.15△△ 0.97±0.18△△GB中劑量組 10 0.35±0.07△△▲▲ 0.22±0.05△△▲▲ 0.24±0.05△△▲▲ 0.65±0.13 0.46±0.13△△▲ 0.71±0.16△△▲▲GB高劑量組 10 0.78±0.14△△▲▲&& 0.57±0.13△△▲▲&& 0.10±0.04△△▲▲&& 0.67±0.12 0.20±0.05△△▲▲&& 0.30±0.08△△▲▲&&VPA組 10 0.53±0.09△△▲▲&&## 0.42±0.11△△▲▲&&# 0.21±0.05△△▲▲## 0.67±0.13 0.27±0.07△△▲▲&&# 0.41±0.09△△▲▲&&##

圖3 各組大鼠海馬組織Nrf2、HO-1、NF-κB、Caspase-3、Cleaved Caspase-3蛋白表達

4 討論

EP是一種慢性神經系統疾病，長期反復發作嚴重影響患者的身心健康。大部分患者經藥物治療能夠有效控制EP發作，但仍有約30%的患者療效不佳而逐漸發展為難治性EP。EP發病機制尚未完全闡明，有研究證實氧化應激反應和繼發性神經元凋亡是EP發作和神經退行性變的核心環節[3]。因此，尋找靶向抑制氧化應激和細胞凋亡的新型藥物或許是改善EP患者預后的有效途徑。

GB是從中藥銀杏葉中提取出的一種小分子活性單體化合物，具有抗氧化、抗凋亡等藥理學作用，較易通過血腦屏障，WANG L等[7]研究發現GB能夠通過抑制氧化應激反應和神經元凋亡減輕大鼠缺血性腦損傷。VPA是一種廣泛應用于臨床的廣譜抗癲癇藥，也是新型抗癲癇藥研究動物實驗的常用陽性對照藥物。臨床上以顳葉癲癇最為常見，EP實驗動物模型的制備方法主要有電點燃和化學點燃兩大類，其中氯化鋰-匹羅卡品化學點燃法制備的EP大鼠模型為顳葉癲癇，與人類EP病理特點一致，并且操作簡便、重復性高，是最公認的EP大鼠模型制作方法[12]。本實驗采用氯化鋰-匹羅卡品誘導制備EP大鼠模型，以VPA作為陽性對照藥物，發現經GB干預能夠明顯延長EP大鼠EP發作潛伏期，縮短發作持續時間，降低EP發作程度，明顯改善EP大鼠海馬神經元病變，抑制海馬神經元凋亡，GB低、中、高劑量對EP發作潛伏期、發作持續時間、發作程度及海馬神經元凋亡的影響具有劑量依賴性，且GB高劑量上述效應優于VPA，提示GB對EP大鼠具有抗癇和腦組織保護作用。

活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）代謝失衡是導致機體氧化應激損傷的基礎。EP發作時神經元過度興奮和異常放電導致ROS大量生成與釋放[13]。以ROS為底物的抗氧化酶（SOD、CAT）被過度消耗致使ROS過剩，ROS攻擊破壞核酸、蛋白質及生物膜脂質發生氧化應激反應，生成具有生物毒性的MDA，因此SOD、CAT活力和MDA含量能夠反映機體氧化應激反應程度[14]。本研究結果表明，經GB干預能夠明顯提高EP大鼠海馬組織SOD、CAT活力并降低MDA含量，GB低、中、高劑量對SOD活力和MDA含量的調控作用具有劑量依賴性，且GB高劑量對SOD活力和MDA含量的調控作用優于VPA，提示GB對EP大鼠氧化應激損傷具有抑制作用。

Nrf2是一種對機體氧化應激反應具有重要調控作用的核轉錄因子。DESHMUKH P等[15]研究發現，ROS能夠誘導Nrf2與抑制劑Keap1解離而活化，核轉位并激活抗氧化反應元件，促進抗氧化酶（SOD、CAT等）轉 錄 與 表 達。HO-1為Nrf2下游基因，Nrf2核轉位后能夠誘導HO-1轉錄表達而催化降解血紅素、一氧化碳等，從而抑制氧化應激損傷[16-17]。細胞凋亡過程由多種基因參與調控，其 中Caspase-3被 剪 切 活 化（Cleved Caspase-3）后參與細胞凋亡的啟動與執行全過程，被認為是細胞凋亡最關鍵的調控因子[18]。翟春梅等[19]研究發現NF-κB能夠誘導Caspase-3表達與活化，HO-1能 夠 抑 制NF-κB啟 動 子IKKβ磷 酸化進而抑制NF-κB活性[20]。本研究發現，GB能夠明顯上調EP大鼠海馬組織Nrf2、HO-1表達并 下 調NF-κB、Cleaved Caspase-3表 達，降 低Cleaved Caspase-3/Caspase-3比值，GB低、中、高劑量對Nrf2、HO-1、NF-κB、Cleaved Caspase-3表達及Cleaved Caspase-3/Caspase-3比值的影響具有劑量依賴性，且GB高劑量組上述效應優于VPA組，提示GB對EP大鼠氧化應激和細胞凋亡的抑制作用可能與激活Nrf2/HO-1信號通路有關。

綜上所述，GB對EP大鼠具有抗癇和腦組織保護作用，其機制可能與激活Nrf2/HO-1信號通路進而抑制氧化應激和細胞凋亡有關。下一步本課題組擬研究EP大鼠血腦屏障損傷機制及GB的干預作用，以進一步揭示GB治療EP的藥理機制。