C3G通過PKA/CREB信號通路減輕成年小鼠SAH后早期腦損傷

楊新宇 韓雨薇 陳立剛 李佳朔 潘鵬宇 梁國標

蛛網膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）是一類病死率較高的顱內出血性疾病，病死率高達50%，出血后早期腦損傷（early brain injury，EBI）是重要的死亡原因之一[1]。氧化應激是EBI 的重要的病理機制，導致抗氧化成分的減少以及脂質過氧化產物增加[2]，造成神經元凋亡，與SAH癥狀和預后直接相關[2]。據報道，cAMP/PKA 信號通路夠參與抑制氧化應激的過程，抑制腦組織炎癥反應過程[3，4]。矢車菊素，又名花青素，具有抗氧化、抗炎等作用[5，6]。矢車菊素-3-O-葡萄糖苷（Cyanidin-3-Oglucoside，C3G）是矢車菊素家族中最常見的一種[7]。據報道，C3G 對腦缺血再灌注損傷具有保護作用[8]；而且，C3G 能通過cAMP/PKA 信號通路抑制氧化應激反應[3]。本文探討C3G 對小鼠SAH 后EBI 的影響及PKA/CREB信號通路在其中的作用。

1 材料與方法

1.1 實驗動物與分組 取72 只4～6 周齡、體重28～32 g的清潔級雄性c57鼠[長生生物有限公司，實驗動物生產許可證號SCXK（遼）2020-0001]，隨機分為假手術組、SAH 組、溶劑組、低劑量（10 mg/kg）C3G 組、中劑量（20 mg/kg）C3G 組、高劑量（30 mg/kg）C3G組。

1.2 SAH 模型制作 應用頸動脈穿刺法制作小鼠SAH 模型[9]。腹腔注射1%戊巴比妥鈉麻醉小鼠后，取頸部正中切口，分離左側頸總動脈、頸內動脈與頸外動脈。夾閉頸總動脈、頸內動脈，結扎頸外動脈遠端根部。在頸總動脈分叉處上部穿入長1.5 cm、直徑0.625 mm 的尼龍線，打開頸內動脈，并將尼龍線穿入，推進約10 mm 后，刺破頸內動脈/后交通動脈分叉附近的Willis 環，會有輕微落空感，小鼠呼吸節律會改變，然后取出尼龍線，結扎頸外動脈，開放頸總動脈，縫合切口。假手術組進行同樣的操作，但不刺破血管。

1.3 藥物干預及取材SAH后30 min，腹腔注射C3G，濃度分別為10、20、30 mg/kg[10，11]。溶劑組注射等體積生理鹽水。SAH 后24 h，進行Garcia 和平衡木實驗；然后，每組隨機取6只小鼠取外周血進行活性氧（reactive oxygen species，ROS）和丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量檢測，再取出完整腦組織進行SAH出血量評分，立即稱重檢測腦水含量；每組剩余6 只取外周血進行還原型谷胱苷肽和氧化型谷胱苷肽比值（GSH/GSSG）檢測后，脫頸處死取出腦組織進行免疫印跡法檢測。

1.4 Garcia評分 按文獻[12]報道方法進行評分，總分2～15 分，分數越高表示神經功能越好。首先，觀察小鼠在籠子內自發活動5 min，評分標準為無活動（0分），有活動、僅有位置變化（1分），有活動但接觸籠子四個邊緣少于3 個（2 分），有活動、接觸籠子四個邊緣（3分）；其次，觀察四肢活動左右對稱性，一側肢體無活動（0 分），一側肢體輕度活動（1 分），一側肢體活動緩慢（2分），雙側對稱，與SAH前期無明顯差別（3分）；第三，提起尾巴觀察四肢活動左右對稱性，一側肢體無活動、肢體無外展（0分），一側肢體輕微活動和外展（1 分），肢體有活動、比另一側稍弱（2分），雙側肢體活動基本對稱、與SAH 前無明顯差異（3 分）；第四，觀察爬網能力，不能攀爬（1 分），一側肢體稍弱（2分），爬網能力正常、與SAH前無明顯差異（3 分）；第五，觸碰一側身體反應評分，無反應（1分），一側反應稍弱（2分），雙側對稱（3分）。

1.5 平衡木實驗評分 取平衡木器材，實驗前小鼠在兩邊平板上分別放置10 s，然后把小鼠放在橫木中間，觀察40 s 移動情況：0～1 分，沒有移動、跌落；2分，移動22 cm且停留置至少25 s；3分，移動超過22 cm 且停留至少25 s；4 分，到達平板或25 s 內走完一半的距離沒爬上平板；5分，25 s內到達平板。

1.6 出血量評分 參照文獻[12]報道方法進行出血量評分。將基底池分為6 段，每段根據血凝塊數量分為0～3 級：0 級為無血凝塊，1 級為極少血凝塊，2 級為中度血凝塊、但動脈可識別，3 級為掩蓋該段內的所有動脈。SAH出血分級的最終評分為六個部位之和：0～7分為輕度出血，8～12分為中度出血，13～18為重度出血。排除評分小于8 分的小鼠，將中度和重度出血小鼠選為SAH模型。

1.7 干濕重法檢測腦水含量 術后24 h 脊椎脫臼法處死小鼠，取腦組織稱重（濕重），在100 ℃下烘干至腦組織重量不再改變（干重）。腦含水量=（濕重-干重）/濕重×100%。

1.8 外周血ROS 和MDA 含量檢測 用毛細采血管采取小鼠眼球靜脈血，4 ℃下10 000 轉/min 離心10 min，抽取血清待測。用ROS 試劑盒和MDA 試劑盒按照說明書進行測定ROS和MDA。

1.9 GSH/GSSG 比值檢測 選用標準GSH/GSSG 試劑盒按照說明書進行標準化操作。

1.10 免疫印跡法檢測 小鼠脫頸處死后取出血側腦組織，檢測PKA、CREB、GCLC、p-PKA、p-CREB表達水平。先將腦組織研磨后加入RIPA裂解液，蛋白酶抑制劑和磷酸酶抑制劑，靜置裂解30 min 后，4 ℃下12 000 轉/min 離心10 min，取上清液待測。使用BCA 試劑盒進行定量，先將蛋白質樣本進行電泳分離后，轉移到PVDF 膜。BSA 封閉后，應用一抗和二抗孵育，使用BeyoECL 發光溶液進行曝光。β-actin為內參，使用Image J 軟件進行灰度值分析。

1.11 統計學分析 應用GraphPad Prism v9.0 軟件進行統計學分析；計量資料以±s表示，采用單因素方差分析；P＜0.05 表示差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 C3G 對小鼠SAH 后神經功能的影響 與假手術組相比，SAH 組Garcia 評分和平衡木實驗評分均明顯降低（P＜0.05；圖1）；C3G 明顯增加Garcia 評分和平衡木實驗評分（P＜0.05；圖1），且以中劑量C3G 作用最明顯（P＜0.05；圖1）。因此，選取20 mg/kg 為最適劑量進行后續實驗。

圖1 C3G對小鼠SAH后神經功能的影響

2.2 C3G對小鼠SAH后腦含水量和出血量評分的影響 與假手術組相比，SAH 組腦含水量明顯增加、出血量評分明顯增高（P＜0.05；圖2）。C3G明顯減輕腦含水量、降低出血量評分（P＜0.05；圖2）。

圖2 C3G對小鼠SAH后腦含水量和出血量評分的影響

2.3 C3G對小鼠SAH后外周血氧化應激產物的影響與假手術組比較，SAH 組外周血ROS、MDA 含量明顯增高（P＜0.05；圖3），而GSH/GSSG 比值明顯降低（P＜0.05；圖3）。C3G 明顯降低外周血ROS、MDA 含量（P＜0.05；圖3），明顯增加GSH/GSSG 比值（P＜0.05；圖3）。

圖3 C3G對小鼠SAH后外周血氧化應激產物的影響

2.4 C3G 對小鼠SAH 腦組織PKA/CREB 信號通路的影響 與假手術組比較，SAH 組p-PKA、p-CREB 和GCLC 表達水平明顯降低（P＜0.05；圖4），而PKA、CREB 表達水平無明顯變化（P＞0.05；圖4）。C3G 明顯增加SAH 后腦組織p-PKA、p-CREB、GCLC 表達水平（P＜0.05；圖4），而對PKA、CREB 表達水平無明顯影響（P＞0.05；圖4）。

3 討論

本文結果顯示，C3G 可能通過激活PKA 信號通路，減輕氧化應激損傷，改善小鼠SAH 后EBI。EBI為SAH后72 h內發生的一系列病理反應，為SAH死亡的主要原因[1，12]。EBI 損傷機制包括微循環衰竭、微血栓形成、離子穩態改變、興奮性中毒、血腦屏障破壞、炎癥和氧化級聯反應、基質金屬蛋白酶上調等，共同參與SAH后細胞死亡，最終功能障礙[1]。氧化應激損傷是其中至關重要的機制，發病72 h內，抗氧化成分的減少、脂質過氧化產物的急劇增加，與不良預后密切相關[1]。

抗氧化劑或者阻斷氧化應激反應的藥物有助于減輕氧化應激損傷。C3G是花青素家族中最常見的一種抗氧化性強的成分[14]。C3G可以減輕體外培養的神經元的氧化應激損傷，顯著提高細胞活力和減少細胞凋亡[15]。研究發現C3G可能是通過保護線粒體GSH 發揮抗氧化應激的神經保護作用[16，17]。C3G也可能是由其他物質介導神經保護作用。首先C3G在生理pH值下不穩定，可以被降解成原兒茶酸和氰化物等物質，這兩種代謝產物都能抑制H2O2誘導的線粒體功能障礙和DNA 片段化；其次，C3G 被吸收后，主要被結合到細胞膜上，因此，C3G 的作用還需要其他物質介導[17]。本實驗結果顯示，小鼠SAH 后腦水腫加劇，外周血ROS 和MDA 含量明顯增加，神經功能嚴重受損；而C3G明顯減輕腦水腫，降低ROS和MDA 水平，增加GSH、p-PKA 和p-CREB，GSH 生成的關鍵酶GCLC 也明顯上調。這提示C3G可能是通過激活PKA 通路，上調GCLC，促進GSH 生成，減輕氧化應激損傷，從而發揮神經保護作用。

研究表明，減輕或抑制氧化應激，可減輕SAH后EBI[19]。SAH后，作為血液成分之一的氧合血紅蛋白自身會產生ROS，線粒體和酶也會促進ROS 的生成，內源性抗氧化保護系統受到抑制，氧化應激顯著加重[20]。哺乳動物依賴GSH的抗氧化系統在細胞防御活性氧的過程中起重要作用，cAMP/PKA 信號通路可以促進GSH 的生成。C3G 明顯促進PKA 磷酸化，進而促進CREB 磷酸化，誘導GCLC 表達，促進GSH的生成，起抗氧化作用[21]。

本研究尚有不足之處。在SAH 模型制作中，每只小鼠的SAH 評分并不一致，這可能會影響小鼠的各類指標，目前缺少更嚴謹的評價指標。此外，EBI的發生機制十分復雜，還包括炎癥反應等多種病理反應[22]，氧化應激的過程也是多種病理機制構成，涉及到多種因子之間的反應。本實驗僅針對C3G對于ROS 和MDA 的變化進行驗證，GSH/GSSG、p-PKA，p-CREB 和GCLC 的增加雖然提示了C3G 可能的作用通路，但C3G 是否與其它因子間存在相互作用尚不清楚。因此，C3G 對于EBI 是如何發揮作用的還需要進一步研究。

總之，C3G 能減輕小鼠SAH 后EBI，改善小鼠神經功能，其機制肯能是激活PKA 信號通路，上調GCLC 表達，抑制氧化應激反應，從而減輕氧化應激損傷。