胡 哲趙 軍宋 嵬閆旭升楊占君*賈建新*
(1.包頭醫(yī)學(xué)院衛(wèi)生健康學(xué)院解剖學(xué)教研室,內(nèi)蒙古 包頭 014050;2.包頭醫(yī)學(xué)院第三臨床醫(yī)學(xué)院神經(jīng)外科,內(nèi)蒙古 包頭 014050;3.包頭醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室,內(nèi)蒙古 包頭 014040)
腦缺血再灌注損傷(cerebral ischemiareperfusion injury,CIRI)是指腦組織在缺血后恢復(fù)血流灌注時(shí),反而加重組織損傷及功能障礙的現(xiàn)象[1]。CIRI是一個(gè)非常復(fù)雜的病理生理學(xué)過程,涵蓋多個(gè)環(huán)節(jié),在腦組織缺血過程中,血管阻塞使下游腦組織血流中斷,腦細(xì)胞失去能量及氧的供應(yīng),引起腦細(xì)胞的功能障礙或死亡[2]?,F(xiàn)階段,CIRI的發(fā)病機(jī)制仍未完全闡明,涉及興奮性氨基酸的釋放增加、能量代謝障礙、細(xì)胞發(fā)生酸中毒、自由基的堆積、細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的失穩(wěn)、凋亡基因的大量激活等[3-5]。
銀杏葉提取物(ginkgo biloba extract,GBE)是從銀杏葉中獲得的醇提物,主要有效成分包括黃酮類和萜內(nèi)酯類,具有多種生物效應(yīng),諸如抗炎、抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡和興奮性氨基酸的釋放、抗氧化和氧自由基損傷等。既往研究顯示,GBE對(duì)CIRI的神經(jīng)功能具有顯著的改善作用,但其確切的分子機(jī)制仍未知[6]。本研究計(jì)劃探討GBE是否對(duì)CIRI模型大鼠具有治療作用及可能機(jī)制,旨在為臨床CIRI提供新治療靶點(diǎn)及中草藥的研發(fā)提供依據(jù)。
雄性SPF級(jí)Wistar大鼠60只,7~8周齡,體重260~280 g,實(shí)驗(yàn)大鼠由北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司[SCXK(京)2019-0010]提供。飼養(yǎng)于包頭醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心[SYXK(蒙)2018-0001],自主進(jìn)食水、維持飼料。包頭醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理委員會(huì)已批準(zhǔn)相關(guān)研究工作(包院字20201102),所有實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在飼養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)過程中均按照3R 原則給予人道關(guān)懷。
銀杏葉提取物(北京中檢院);2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC,Sigma公司,美國(guó));谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-px)、超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)(武漢新啟迪生物科技有限公司);Beclin-1、LC3-II、LC3-I、Bcl-2、Bax、Caspase-3、β-actin抗 體(Proteintech 公司,美國(guó))。低溫高速離心機(jī)(Thermo公司,美國(guó));-80℃超低溫冰箱(Thermo公司,美國(guó));垂直板電泳槽(北京六一生物科技有限公司);酶標(biāo)儀(Thermo公司,美國(guó));蛋白凝膠成像分析系統(tǒng)(上海Tanon科技有限公司);移液槍(Eppendorf公司,德國(guó));脫色搖床(北京六一生物科技有限公司)。
1.3.1 CIRI動(dòng)物模型的制備以及神經(jīng)功能評(píng)分
本實(shí)驗(yàn)所用動(dòng)物模型的制備方法參照改良的Zea-longa線栓法[5],閉塞大鼠左側(cè)大腦中動(dòng)脈(middle cerebral artery,MCA)2 h,隨后再灌注22 h,術(shù)前12 h禁食不禁水。大鼠用2%(100 mg/kg)戊巴比妥鈉(0.3 mL/100 g)腹腔注射麻醉,仰臥頸部備皮消毒,暴露左側(cè)頸總動(dòng)脈(common carotid artery,CCA),并將迷走神經(jīng)與之分離。向遠(yuǎn)心端將頸內(nèi)動(dòng)脈(internal carotid artery,ICA)和頸外動(dòng)脈(external carotid artery,ECA)的起始部進(jìn)行鈍性分離,在CCA遠(yuǎn)心端和近心端及ECA處掛線備用。用微動(dòng)脈夾暫時(shí)夾閉ICA,然后近心端結(jié)扎CCA、ECA。在 CCA分叉部約4 mm處剪一小口,將拴線插入到ICA,用繞在CCA遠(yuǎn)心端的細(xì)線輕輕系牢拴線。線栓經(jīng)CCA、ICA置入MCA,出現(xiàn)阻力時(shí)停止前進(jìn)并輕輕系牢CCA遠(yuǎn)心端的細(xì)線,缺血2 h后拔出線栓實(shí)現(xiàn)再灌注22 h,局部放置凝膠海綿止血,待止血完全后縫合切口,常規(guī)消毒。
1.3.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分組、給藥
動(dòng)物給予充足飲水和飲食,12 h明暗交替。將60只動(dòng)物分為兩組,10只動(dòng)物作為空白對(duì)照組,其余50只動(dòng)物用于CIRI模型制備。模型制備完成后,神經(jīng)功能評(píng)分評(píng)價(jià)動(dòng)物造模效果,神經(jīng)功能評(píng)分法采用國(guó)際通用的Zea-Longa評(píng)分法[7],神經(jīng)功能評(píng)分為0~4分5級(jí):0分,功能表現(xiàn)無缺陷;1分,癱瘓側(cè)前爪不能徹底伸展;2分,行走時(shí)向癱瘓側(cè)偏移甚至轉(zhuǎn)圈;3分,行走時(shí)向癱瘓側(cè)傾倒;4分:無法自主活動(dòng)、意識(shí)喪失或死亡。實(shí)驗(yàn)剔除0分和4分的動(dòng)物,動(dòng)物神經(jīng)功能評(píng)分≥2分確定為模型制備成功,剔除造模失敗的動(dòng)物,成模的動(dòng)物隨機(jī)分為以下4組:模型組、GBE低、中、高劑量組(25、50、100 mg/(kg·d))。GBE用無菌蒸餾水溶解,調(diào)整GBE各劑量組藥物濃度,保證各劑量組給藥體積等量(0.5 mL)。模型組給予同等體積的無菌生理鹽水,連續(xù)給藥15 d。
1.3.3 蛋白標(biāo)本、組織切片的存取和制備
全程實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,所有動(dòng)物常規(guī)麻醉,主動(dòng)脈采血1 mL置于EP管備用。每組半數(shù)動(dòng)物取腦,凍存于超低溫冰箱以備后用。半數(shù)動(dòng)物用于TTC染色計(jì)算腦梗死面積。
1.3.4 TTC染色以及腦梗死體積的計(jì)算
實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將用于TTC染色的大鼠斷頭取腦,生理鹽水灌注腦組織,-20℃放置數(shù)分鐘,冠狀位將大腦用腦膜均分為5片。將切好的腦片放入2% TTC染液中,37℃避光染色20 min,4%多聚甲醛固定,將染好的腦片排列于平板上拍照。腦底有血凝塊、動(dòng)脈環(huán)血栓形成的動(dòng)物予以排除。腦梗死體積通過梗死體積比率表示(梗死體積比率=各切面梗死面積之和/各切面面積之和×100%),用IPP(Image Pro-Plus)圖像分析軟件進(jìn)行計(jì)算。
1.3.5 蛋白免疫印跡(Western blot)
腦組織稱重后進(jìn)行蛋白裂解,蛋白在冰浴環(huán)境下超聲破碎數(shù)次。4℃離心12000 r/min離心15 min,提取并測(cè)定濃度,每100 μL樣品蛋白加入4×Buffer 33.3 μL后振蕩混勻,沸水煮沸10 min使蛋白變性。蛋白上樣,恒壓80 V濃縮膠電泳,恒壓120 V分離膠電泳,300 mA濕轉(zhuǎn)膜約60 min;室溫下5%脫脂奶粉封閉1 h后漂洗;一抗孵育4℃搖床過夜,次日T-TBS液漂洗數(shù)次;室溫下二抗避光孵育1 h后漂洗數(shù)次;成像分析系統(tǒng)對(duì)條帶進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
1.3.6 酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)
實(shí)驗(yàn)全部結(jié)束后,各組動(dòng)物經(jīng)腹膜腔注射麻醉。抽取大鼠尾靜脈血0.3~0.5 mL置于預(yù)冷的EP管,隨后4℃離心15 min(5000 r/min),留取100 μL血清備用。檢測(cè)血清SOD和GSH-px活性、MDA的含量,具體操作步驟根據(jù)試劑盒說明書進(jìn)行。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示,用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)多樣本均數(shù)的兩兩比較采用SNK-q檢驗(yàn)分析,多樣本率的兩兩比較采用χ2分割法分析,以P<0.05表示存在顯著性差異。
本實(shí)驗(yàn)用于模型制備的大鼠50只,最終造模成功48只,死亡1只(麻醉致死),造模失敗1只,模型成功率為96.00%。CIRI造模手術(shù)后24 h對(duì)大鼠進(jìn)行第1次Longa神經(jīng)功能評(píng)分,神經(jīng)行為學(xué)評(píng)分為(2.80±0.39)分,與空白對(duì)照組比較存在顯著性差異(P<0.05)。成模動(dòng)物運(yùn)動(dòng)障礙主要表現(xiàn)為左側(cè)眼裂變小,右側(cè)前肢癱瘓,行走時(shí)向右側(cè)轉(zhuǎn)圈或向右側(cè)傾倒,部分動(dòng)物出現(xiàn)四肢直立性戰(zhàn)栗或全癱瘓等。周期給藥結(jié)束后,對(duì)各組動(dòng)物進(jìn)行第2次神經(jīng)功能評(píng)分,與空白對(duì)照組比較,其余4組動(dòng)物神經(jīng)功能評(píng)分均存在顯著性差異(P<0.05);與模型組相比,各劑量組神經(jīng)行為學(xué)評(píng)分均明顯的降低(P<0.05),運(yùn)動(dòng)障礙癥狀顯著改善,但中劑量組(1.51±0.22)分與高劑量組(1.60±0.26)分動(dòng)物神經(jīng)行為學(xué)評(píng)分之間無顯著性差異(P>0.05)。與第1次神經(jīng)功能評(píng)分比較,模型組動(dòng)物神經(jīng)行為學(xué)評(píng)分有所減小,但無顯著性差異(P>0.05),運(yùn)動(dòng)障礙癥狀未見顯著改善;而GBE各劑量組動(dòng)物運(yùn)動(dòng)障礙癥狀均出現(xiàn)明顯改善,神經(jīng)功能評(píng)分均明顯降低(P<0.05),尤其以中、高劑量組改變更為顯著,詳見表1。
TTC染色后的腦組織非梗死區(qū)呈鮮紅色,梗死區(qū)灶呈蒼白色??瞻讓?duì)照組大鼠腦組織呈鮮紅色,模型組大鼠左側(cè)大腦半球部分區(qū)域呈蒼白色。模型組、GBE各劑量組梗死體積比率與空白對(duì)照組比較均存在顯著性差異(P<0.05);與模型組比較,GBE各劑量組梗死體積比率均出現(xiàn)顯著性減小(P<0.05),尤以中劑量組、高劑量組更為顯著,劑量組之間梗死體積比率無顯著性差異(圖1、表1)。

表1 各組動(dòng)物神經(jīng)功能評(píng)分、梗死體積比率的比較(n=12)Table 1 Neurological function score and infarct volume ratio were compared in each group

注:a:空白對(duì)照組;b:模型組;c:GBE低劑量組;d:GBE中劑量組;e:GBE高劑量組。圖1 TTC染色顯示各組動(dòng)物腦梗死體積比率Note.a, Control group.b, Model group.c, Low GBE group.d, Intermediate GBE group.e, High GBE group.Figure 1 TTC staining shows the volume ratio of cerebral infarction area in each group
與空白對(duì)照組相比,模型組MDA的含量出現(xiàn)了明顯增加(P< 0.05),而SOD與GSH-px的活性均出現(xiàn)了顯著性降低(P<0.05);GBE低劑量組GSH-px的活性較空白對(duì)照組顯著性降低(P<0.05),而MDA的含量顯著性升高(P<0.05);GBE中、高劑量組與空白對(duì)照組比較上述氧化應(yīng)激指標(biāo)均無顯著性差異(P>0.05)。與模型組比較,GBE各劑量組血清MDA的含量均出現(xiàn)了顯著性下降(P<0.05),SOD與GSH-px的活性均顯著升高(P<0.05),其中尤以中劑量組對(duì)上述指標(biāo)的影響最為顯著(詳見表2)。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,GBE可以顯著抑制腦缺血再灌注損傷模型大鼠的氧化應(yīng)激損傷程度,GBE具有明顯的抗氧化損傷作用。

表2 各組ELLISA檢測(cè)血清SOD、GSH-px的活性與MDA含量的比較(n=12)Table 2 ELLISA detects the serum activities of SOD, GSH-px and MDA content in each group
模型組的Beclin-1蛋白表達(dá)量較空白對(duì)照組明顯降低(P<0.05)。與模型組比較,各GBE劑量組Beclin-1的表達(dá)量均出現(xiàn)了明顯升高(P<0.05),但以中劑量對(duì)Beclin-1的表達(dá)量的影響最為顯著(圖2A)。與空白對(duì)照組相比,模型組LC3-II/LC3-I的蛋白表達(dá)量比值明顯降低(P<0.05),與模型組比較,各GBE劑量組LC3-II/LC3-I的蛋白表達(dá)量比值均出現(xiàn)了明顯升高(P<0.05),但以中劑量對(duì)LC3-II/LC3-I的蛋白表達(dá)量比值的影響最為顯著(圖2B)。上述結(jié)果表明,GBE可以顯著上調(diào)腦缺血再灌注損傷模型大鼠的自噬水平。
模型組的Bcl-2/Bax蛋白表達(dá)量比值較空白對(duì)照組明顯降低(P<0.05),而Caspase-3的蛋白表達(dá)量顯著增加(P<0.05)。與模型組比較,各GBE劑量組Bcl-2/Bax的蛋白表達(dá)量比值均出現(xiàn)了明顯升高,但以低劑量組、中劑量最為顯著(P<0.05);各GBE劑量組Caspase-3的蛋白表達(dá)量均出現(xiàn)了明顯降低(P<0.05),但以中劑量、高劑量組對(duì)Caspase-3的蛋白表達(dá)量的影響最為顯著。上述結(jié)果表明,GBE可以顯著抑制腦缺血再灌注損傷模型大鼠細(xì)胞凋亡水平(圖3)。

注:a:空白對(duì)照組;b:模型組;c:GBE低劑量組;d:GBE中劑量組;e:GBE高劑量組。A:Beclin-1蛋白;B:LC3-II/LC3-I蛋白。與空白對(duì)照組相比,*P<0.05;與模型組相比, #P<0.05。圖2 蛋白免疫印跡檢測(cè)各組動(dòng)物腦組織Beclin-1蛋白和LC3-II/LC3-I蛋白的表達(dá)Note.a, Control group.b, Model group.c, Low GBE group.d, Intermediate GBE group.e, High GBE group.A, Beclin-1.B, LC3-II/LC3-I.Compared with control group, *P<0.05.Compared with model group, #P<0.05.Figure 2 Western blot detects the protein expression level of Beclin-1 and LC3-II/LC3-I in brain tissues of each group

注:a:空白對(duì)照組;b:模型組;c:GBE低劑量組;d:GBE中劑量組;e:GBE高劑量組。A:Bcl-2/Bax蛋白;B:Caspase-3蛋白。與空白對(duì)照組相比,*P<0.05;與模型組相比, #P<0.05。圖3 蛋白免疫印跡檢測(cè)各組動(dòng)物腦組織Bcl-2/Bax和Caspase-3蛋白的表達(dá)Note.a, Control group.b, Model group.c, Low GBE group.d, Intermediate GBE group.e, High GBE group.A, Bcl-2/Bax.B, Caspase-3.Compared with control group, *P<0.05.Compared with model group, #P<0.05.Figure 3 Western blot detects the protein expression ratio of Bcl-2/Bax and Caspase-3 in brain tissues of each group
目前,GBE廣泛用于臨床治療帕金森病和阿爾茨海默病等中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病,并取得了較好的療效[8-10]。本文研究發(fā)現(xiàn),GBE可以明顯減小MCAO模型大鼠腦梗死區(qū)域面積,并且顯著提高了神經(jīng)功能評(píng)分,表明GBE對(duì)CIRI腦組織具有顯著的保護(hù)作用,這與既往報(bào)道相一致[11-13]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,GBE在低中劑量(25~50 mg/(kg·d))給藥區(qū)間隨給藥劑量的增加,藥效作用呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì),而高劑量組(100 mg/(kg·d))藥效作用呈現(xiàn)下降趨勢(shì),50 mg/(kg·d)組藥效作用達(dá)到高峰,提示GBE改善MCAO模型大鼠的最佳劑量應(yīng)該趨于50 mg/(kg·d)附近。
既往研究證明,再灌注引發(fā)的繼發(fā)性腦損傷中氧化應(yīng)激損傷發(fā)揮關(guān)鍵作用[14]。本實(shí)驗(yàn)中大腦中動(dòng)脈閉塞(MCAO)引起腦組織缺血缺氧誘發(fā)梗死,進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)功能障礙和神經(jīng)細(xì)胞的不可逆損傷?;謴?fù)血液再灌注的過程對(duì)腦組織造成了進(jìn)一步的損傷,大量自由基產(chǎn)生,對(duì)細(xì)胞造成了氧化應(yīng)激損傷。既往研究報(bào)道,GBE具有顯著的抗氧化應(yīng)激損傷的作用,GBE通過清除自由基減輕缺血再灌注損傷,進(jìn)而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[15]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,MCAO在引起腦組織梗死的同時(shí)出現(xiàn)血清SOD與GSH-px的活性明顯降低,MDA的含量明顯增加,表明機(jī)體發(fā)生了嚴(yán)重的氧化應(yīng)激損傷;GBE干預(yù)后可以明顯減小梗死區(qū)的體積,同時(shí)引起CIRI模型大鼠血清SOD與GSH-px的活性明顯增加,MDA的含量明顯減小,表明GBE具有顯著的抗氧化應(yīng)激藥效作用,其可能通過減輕機(jī)體氧化應(yīng)激損傷與清除自由基對(duì)CIRI發(fā)揮腦保護(hù)作用。
既往研究顯示,細(xì)胞凋亡可能在CIRI的病理過程中起著重要的作用[16]。神經(jīng)凋亡與Bcl-2(抑制細(xì)胞凋亡)和Bax(促進(jìn)細(xì)胞凋亡)的表達(dá)相關(guān),Bax表達(dá)升高導(dǎo)致線粒體通透性增加,誘導(dǎo)Cytc釋放進(jìn)入胞質(zhì),激活Caspase-3引起細(xì)胞凋亡。既往報(bào)道,凋亡的發(fā)生與CIRI后所產(chǎn)生氧自由基、炎癥因子誘發(fā)而引起[17]。銀杏葉提取物(EGb761)能夠有效清除氧自由基,抑制脂質(zhì)的氧化,顯著提高Bcl-2/Bax蛋白表達(dá)量比值,提示銀杏葉可抑制神經(jīng)細(xì)胞的凋亡,對(duì)CIRI模型動(dòng)物腦損傷發(fā)揮顯著的保護(hù)作用[18-19]。本研究結(jié)果顯示,GBE可顯著提高CIRI模型大鼠腦組織Bcl-2/Bax的蛋白表達(dá)量比值,相反降低了Caspase-3的蛋白表達(dá)量,GBE引起CIRI模型大鼠血清SOD與GSH-px的活性明顯增加,MDA的含量明顯減小,表明GBE具有顯著的抗氧化應(yīng)激藥效作用,實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明GBE通過抗氧化應(yīng)激抑制了CIRI的神經(jīng)損傷和細(xì)胞凋亡。
自噬(autophagy)是機(jī)體通過細(xì)胞內(nèi)自噬溶酶體清除降解受損細(xì)胞器及體內(nèi)大分子物質(zhì)的過程,在細(xì)胞體內(nèi)發(fā)揮“清道夫”的作用。自噬通過平衡細(xì)胞的合成和分解代謝,維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài),發(fā)揮機(jī)體自身保護(hù)和防御作用[20]。Beclin-1是酵母Atg6/Vps30的同源基因,Beclin-1調(diào)控哺乳動(dòng)物自噬體的形成和成熟,是自噬體形成的必需分子,其可以將其他的自噬蛋白定位在吞噬泡,故越來越多的學(xué)者將其作為衡量自噬發(fā)生程度的標(biāo)記物之一[21-22]。LC3-II是自噬體形成的生物學(xué)標(biāo)志,定位于自噬體膜上。在ATG7及ATG3共同作用下,胞質(zhì)中游離的LC3-I與磷脂酰乙醇胺結(jié)合酯化形成LC3-II,而LC3-I是由哺乳動(dòng)物酵母菌ATG8的同源基因LC3在自噬相關(guān)蛋白ATG4的作用下脫去羥基生成[23]。
郝莉等[24]研究表明,銀杏酮酯能提高自然衰老大鼠的海馬LC3-II蛋白表達(dá)水平,通過調(diào)控機(jī)體自噬水平改善自然衰老相關(guān)的學(xué)習(xí)認(rèn)知功能障礙。當(dāng)機(jī)體遭受缺血缺氧等應(yīng)激刺激時(shí),神經(jīng)細(xì)胞存活率明顯降低,激活自噬能顯著抑制細(xì)胞死亡,故認(rèn)為自噬激活對(duì)應(yīng)激狀態(tài)下的神經(jīng)細(xì)胞具有保護(hù)作用[25-26]。本研究結(jié)果顯示,GBE能顯著抑制機(jī)體氧化應(yīng)激損傷程度,同時(shí)Beclin-1與LC3-II/LC3-I的表達(dá)量均顯著上調(diào),這提示GBE極有可能是通過激活自噬,進(jìn)而對(duì)CIRI模型大鼠神經(jīng)細(xì)胞發(fā)揮保護(hù)作用,最終改善腦缺血再灌注損傷的神經(jīng)功能表現(xiàn)。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果為臨床CIRI的防治開辟了新思路,也為中草藥的開發(fā)與利用提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
綜上所述,本研究結(jié)果表明GBE可以通過增強(qiáng)機(jī)體自噬水平、提高機(jī)體抗氧化應(yīng)激損傷和抗凋亡,發(fā)揮對(duì)腦缺血再灌注損傷的神經(jīng)保護(hù)作用,進(jìn)而改善MCAO模型大鼠的行為功能,從而達(dá)到保護(hù)缺血性腦卒中的目的,進(jìn)而為腦缺血再灌注損傷的治療提供新的靶點(diǎn)及治療策略。