广西科学Guangxi Sciences 2010,17(3):255~258 大鼠大脑中动脉供血区梗死后小脑皮质GFAP mRNA 动态表达 * Dynamic Expression of GFAP mRNA of Cerebel l ar Cortex after the Infarction of Middl e Cerebral Artery Supply Area in Rats 李 洁 ,车玉琴 ,康志伟 ,林 巧 LI Jie ,CHE Yu—qin ,KANG Zhi—wei ,LIN Qiao (1.中国医科大学附属第四医院神经内科,辽宁沈阳 110032) (1.The Fourth Affiliated Hospital of C,hina Medical University,Department of Neurology, Shenyang,Liaoning,1 10032,China) 摘要:采用Longa大鼠大脑中动脉内栓线阻断法制备动物模型,用实时定量PCR法检测大鼠大脑中动脉闭塞后 小脑皮质胶质纤维酸性蛋白mRNA的表达。结果显示,持续性大鼠大脑中动脉闭塞后,胶质纤维酸性蛋白 mRNA在大鼠的小脑皮层有动态表达,第1天、第3天和第5天比对照组明显增高(P<0.05),第7天、第1O 天和第l4天比对照组明显下降(P<0.05)。大鼠大脑中动脉闭塞后小脑皮质出现胶质纤维酸性蛋白动态表 达,远离梗死灶的相关部位脑组织继发损害机制可能与神经抑制因子有关。 关键词:脑梗死小脑GFAP mRNA(胶质纤维酸性蛋白mRNA) 中图法分类号:R742.8 文献标识码:A 文章编号:1005—9164(201O)03—0255—04 Abstract:The changes of glial fibrillary acid protein(GFAP)mRNA in cerebellar cortex were observed after rat middle cerebra1 artery O一:clusion.The animal model was prepared with Longa’S Bolt 1ine blocking method(MCA0)in middie cerebral artery of rats,and the expression of GFAP mRNA was examined with real—time quanl:ilative PCR method.The results show,GFAP mRNA has dynamic expression in the cerebellar cortex after persistent middle cerebral artery occlusion.The expression in the operated group significantly increases on the 1st,3nd and 5th day,but decreases on the 7th,1 0th and 1 4th day in compcerison with that of the sham~operated group(P<O.05).After rat middle cerebral artery occlusion,there are dynamic changes of GFAP in cerebellar cortex,which occurs far away from the site of infarction and secondary damage tO brain tissue may be related to the neural inhibitory factor. Key words:cerebral infarction,cerebellum,GFAP mRNA(glial fibrillary acid protein mRNA) 脑卒中是威胁中老年人健康的常见病和多发病, 属于大脑中动脉(MCA)供血区,并且大脑中动脉闭 塞(MCAO)后患侧黑质和丘脑损害发生较晚,提示黑 质和丘脑损害非缺血所致。Block等 研究发现,局灶 随着人口老龄化,其发病率明显上升,并严重威胁中 老年人的健康和生存质量。先前有关缺血性卒中的研 究主要集中在梗死灶局部,对远隔梗死灶的相关研究 未给予足够重视。现已有文献报道,脑梗死造成的神 经功能缺损不仅与梗死灶局部损伤后神经细胞坏死 和凋亡有关,而且也与远隔梗死灶的相关部位的继发 性神经细胞坏死和凋亡损害有关_】 ]。黑质和丘脑不 收稿日期:2009—08 03 修回日期;2010-05—11 性脑缺血后丘脑、黑质网状部、海马和脊髓等部位观 察到继发性改变,这些区域出现以小胶质细胞和星形 胶质细胞激活为特征的改变。另外,局灶性脑桥梗死 可导致梗死灶同侧或双侧小脑中脚继发性损害 j,局 灶性皮质下梗死可引起胼胝体继发性损害 ],提示与 梗死灶有神经纤维联系的远隔部位都有发生继发性 损害的可能。细胞的坏死和凋亡发生的速度和严重程 度受许多因素影响。Papadopoulos等_8 研究发现,脑 作者简介:李洁(1985一),女,硕士研究生,主要从事神经病学研究。 *辽宁省教育厅科学技术研究项目(项目编号:20060998)资助。 缺血后的各种抑制因素的存在是导致神经纤维再生 255 广西科学 2010年8月 第17卷第3期 受限的重要原因,这些抑制性的因素包括胶质疤痕、 (MCAO)适当改良后进行。模型制备方法:把大鼠用 神经生长抑制因子以及神经营养因子障碍。目前,有 关于远隔梗死灶的脑组织发生继发损害的确切机制 尚未完全阐明,可能与神经营养障碍、神经生长抑制 因子、局部脑血流减少、神经递质调节失衡以及蛋白 1O 水合氯醛(300mg/kg)腹腔注射麻醉后,将大鼠 仰卧位固定在实验台上,取颈正中切口,切开皮肤,钝 性分离各层组织,分离右侧颈总动脉(CCA),向上分 离右颈外动脉(ECA)、颈内动脉(ICA),在近右侧颈 总动脉分叉处约5~8ram处结扎右颈外动脉,于右 合成抑制等因素有关。其中,神经营养障碍以及神经 生长抑制因子作用增强被认为是重要的因素之一。因 此,采取各种有效手段减轻脑梗死后远隔部位继发性 损害,可能对梗死后神经功能恢复有重要意义。本研 究对照观察大鼠大脑中动脉闭塞后大鼠小脑皮质胶 侧颈总动脉近心端夹一动脉夹,在右颈外动脉近分叉 处留置一打好结的丝线,在右颈外动脉结扎处与分叉 处之间做一直径约0.2mm的“V”型切口,将尼龙线 自切口处轻轻插入,轻轻收紧线结,松开动脉夹,将尼 质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acid protein,GFAP) 的动态变化,研究远离梗死灶的相关部位脑组织继发 损害机制与神经抑制因子的关系。 1材料与方法 1.1 材料 1.1.1 实验动物及分组 SPF级Wistar雄性大鼠,体质量25O~300g,由 中国医科大学实验动物中心提供。大鼠饲养于恒温净 化通风动物房,自由进食和饮水,室温保持(25± 2)C。将大鼠随机分为假手术组(30只)和实验组(30 只)。两组大鼠又按实验第1天、第3天、第5天、第7 天、第1O天、第14天各分为6个组,每组5只。 1.1.2主要试剂和仪器 试剂:无RNA酶的水(Invitrogen life technologies);无RNA酶的糖原(Invitrogen life technologies);RNA酶抑制剂(Epicentre);MMLV 反转录酶(Epicentre);10×RT缓冲液(250 mM Tris—HC1,pH值8.3,200mM KC1,40 mM MgC12,5 mM DTT,Epicentre);2.5 mM dNTP混合液 (dATP,dGTP,dCTP和dTTP各2.5mM,HyTest Ltd)Oligo(dT)18(上海生工生物工程有限公司出 品);10×PCR缓冲液(Promega);Taq聚合酶 (Promega);100 bp DNA Ladder(天根生化科技(北 京)有限公司出品);10000×Sybergreen (Invitrogen) 仪器:TaKaRa PCR Thermal Cycler(宝生物工程 有限公司出品);H6—1微型电泳槽(上海精益有机玻 璃制品仪器厂出品);Rotor—Gene 3000 Realtime PCR 仪(Corbett Research)引物设计软件:Primer 5.0 Rotor—gene 6.0(Corbett Research);Gene Amp PCR System 9700(Applied Biosystems) 1.2实验方法 1.2.1 动物模型的制作 参照Longalg 的大鼠大脑中动脉内栓线阻断法 256 龙线顺右颈外动脉经颈内动脉送入颅内,插人深度约 (18.5±0.5)ram微遇阻力时停止,使尼龙线头端位 于大脑中动脉起始处,阻断大脑中动脉的血流。收紧 丝线,海绵胶止血,缝合切口,单笼饲养。假手术组只 进行麻醉和血管分离术,不结扎血管及导人线栓。 1.2.2神经功能评分 参照Longa_g 的评分标准进行5分制神经功能 评分。0分为无神经功能缺损症状(肢体活动正常),1 分为轻度局灶性神经功能症状缺失(不能完全伸展左 侧前肢),2分为中度局灶性功能缺失(行走时向偏瘫 侧及右侧旋转),3分为重度神经功能缺失(自主运动 时向右侧倾倒),4分为极重度损伤(不能自发行走, 意识水平降低)。将评分在1~3分的动物纳入下一步 实验,其余动物予以排除。 1.2.3 实时定量PCR检测 总RNA纯化提取:全部大鼠按不同时间点处 死,并将右侧小脑半球放入去RNA酶的试管中,液 氮速冻,一80℃保存。取100mg小脑皮层组织标本剪 碎、研磨后置于离心管中,加入lml TRIZOL,按试剂 说明书中操作步骤进行RNA提取。GFAP引物: sense5 一GGGAGTCGGCGAGTTACCA一3 。 antisense5 一CACCGTCTTTACCACGATGTTC一3 : GAPDH引物: sense5 一GGAAAGCTGTGGCGTGAT一3 , antisense5 一AAGGTGGAAGAATGGGAGTT一3 。 使用分光光度仪检测抽提总RNA的质量和浓度,要 求A瑚/A 。的比值在2.0左右,并记录RNA含量。 cDNA的合成:每1份标本取总RNA 2 g,Oligo(dT) lgl,加无RNA酶的H O至总体积10gl,混合液在 70℃水浴3min,降到37 C放置10min;加5×反应缓 冲液4gl,RNasin核酸酶抑制剂1 1,10 mmol/L dNTP JF1,MMLV反转录酶1 l,混合后37 C恒温 lmin;加10 l的RT反应液到1O l退火混合物中, 37℃水浴60rain,加热到95C维持5min。 BDNFmRNA实时定量PCR:cDNA1F1,10 X反应缓 Guangxi Sciences,Vo1.17 No.3,August 2010 冲液2.5 l,2.5mmol/LdNTP2.5 l,Taq聚合酶 删 一 p/ q I】 u们 Jo Id O O lunits,25mmol/LMgC121.2 l,5umol/L上、下游引物 混合物2 1,10×BDNF I4t*l,加DEPC处理的双蒸水 至25tA。将溶液混合,设置PCR反应为95C变性3 min,55 C退火lrnin,72 C延伸5 min,40个PCR循 环(94 C,20s;59 C,20s;72 C,30s);建立PCR产物 豳i Ⅱ 0 ∞ O 逛 的熔解曲线,扩增反应结束后继续从72 C缓慢加热 到99 C(每5s升高1 C)(内参GAPDH基因反应条 件相同)。将不同浓度的定量模板的对数和相应的ct 值作图,制成标准曲线。根据绘制的梯度稀释DNA 温度Temperature( ̄C) 图2 GAPDH mRNA反应曲线 Fig.2 GAPDH mRNA melting curve a,b,C,d.e分别是假手术组1d,3d,5d,7d,1Od;g,h,i,j,k 分别是实验组ld,3d,5d,7d,14d. 标准曲线,GFAP基因与GAPDH基因的浓度结果直 接由机器生成。GFAP基因浓度除以GAPDH基因的 浓度,即为此样品GFAP基因的校正后的相对含量。 所有大鼠均以上述实验方法得出结果。 1.3统计学处理 采用SPSS11.0统计软件。数值以均数士标准差 (z±5)表示,组间比较采用t检验,P<0.05为差异 有显著性。 2 结果 2.1 PCR产物的特异性 图1和图2结果显示,定量PCR产物的熔解曲 线只有1个峰,而且熔解温度均一,峰形锐利,在曲线 的其他位置未见到波形,说明扩增产物为特异性产 物,无引物二聚体及非特异性产物产生。 , 8U 85 90 9, 温度Temperature( ̄) 图1 GFAP mRNA反应曲线 Fig.1 GFAP mRNA melting curve a,b,c,d,e分别是假手术组1d,3d,5d,7d,10d;g,h,i,j,k 分别是实验组1d,3d,5d,7d,14d. a,b,C,d,e are the control group of ld,3d,5d,7d,10d, respectively;g,h,i,J,k are the experiment group of ld,3d,5d, 7d,1 4d,respectively. 2.2 GFAP mRNA表达水平 从表1结果可以得出,实验组大鼠的GFAP mRNA表达在大脑中动脉闭塞后第1天、3天和5 天比假手术组大鼠的明显增高(P<0.05),第7天、 第10天和第14天比假手术组大鼠的明显下降(P< 0.05),说明大鼠大脑中动脉闭塞后,GFAPmRNA 在小脑皮质有动态表达。 广西科学 2010年8月 第17卷第3期 a,b,C,d,e are the control group of ld,3d,5d,7d.10d, respectively;g,h,i,j,k are the experiment group of ld,3d,5d, 7d,14d,respectively. 3讨论 在中枢神经系统,不仅存在着能促进神经元生 长、存活和影响神经可塑性的神经营养因子,还存在 许多抑制神经细胞生存、生长和修复的抑制因子,如 存在于细胞外基质的生长抑制因子(GIF)和硫酸软 骨素蛋白多糖,少突胶质细胞产生的轴突生长抑制蛋 白,如Nogo—A、髓鞘相关糖蛋白和少突胶质细胞/髓 鞘糖蛋白。。‘“],星形胶质细胞产生的胶质纤维酸性 蛋白(GFAP)等。未成熟的星形胶质细胞对轴突生长 有导向作用,但是随着成熟程度增加,其分泌的促轴 突生长的营养因子逐渐减少,而分泌的GFAP含量 逐渐增加;在病理情况下,大量成熟的星形胶质细胞 在损伤脑组织周围分泌大量的GFAP,成为直接阻碍 神经再生的屏障。实验研究发现,大脑中动脉闭塞后 1周同侧纹状体和丘脑腹后外侧核抑制性蛋白 GFAP表达逐渐增加,星形胶质细胞明显增生、肥大, 提示脑梗死后远离梗死灶脑组织发生继发性损害与 神经组织周围存在神经生长抑制因子有关__ 1。Lin 等n。。研究发现,脑梗塞后神经元减少的同时伴有反 应性星形胶质细胞增殖,且在脑梗塞后1周,星形胶 质细胞增殖增多,4周后更明显。GFAP是星形胶质 细胞的标志蛋白,在星形胶质细胞中有丰富的、唯一 的表达,可以作为中枢神经系统损伤后星形胶质细胞 反应增生的标志。有实验表明,GFAP的表达与星形 胶质细胞的活性呈正比l1 ,而且,GFAP阳性胶质细 胞数目的增加与mRNA水平的增加是相一致的_1 。 本研究结果显示,持续性大脑中动脉闭塞后 GFAPmRNA在其远隔部位的小脑皮层有动态表达, 第1天、第3天和第5天较假手术组明显增高,第7 天、第10天和第14天较假手术组明显下降,其动态 表达在时间上与文献报道有一些出入,分析与远隔部 257 表1 GFAP mRNA表达水平 Table 1 Expression level of GFAP mRNA *: <O.05,与对照组比较。*:P<O.05,VS control group. 位的不同组织对其脑缺血反应性不同有关。以往研究 表明,神经元损伤不仅可由直接作用于细胞体的伤害 引起,轴突的退行性改变也可以引起神经元损伤。当 神经纤维断裂后,轴突发生华勒变性一断端远侧轴突 自近向远变性解体。小脑血液供应为后循环即椎基底 动脉系统而非大脑中动脉,因此大脑中动脉阻断后引 起小脑皮质的分子生物学改变并非直接缺血导致,可 能与小脑失联络有关,也就是说,皮质桥小脑通路中 断的结果。其机制可能与神经传导通路中断有关 ]。 大脑皮质是皮质桥脑通路的起源地,其投射纤维传导 至对侧小脑半球颗粒细胞的兴奋性冲动,因此皮质桥 小脑通路的损害可使对侧小脑功能障碍。从大脑皮质 与小脑皮质问存在大量的神经纤维联系以调节精确 的运动,当一侧大脑中动脉闭塞后神经纤维突触间联 系中断,远隔区小脑皮质在早期出现神经轴突再生、 突触重建等结构修复,后期逐渐出现神经元数量减 少、功能下降和轴突再生减弱,伴随着其变化,星形胶 质细胞在数量上也有动态变化,因而就出现GFAP 表达的变化。 目前,脑梗死后神经可塑性与神经营养因子的相 关性研究较多,而与抑制因子的相关性研究较少。本 研究通过大鼠大脑中动脉持续性闭塞模型,观察大鼠 小脑皮质GFAP的动态变化,从而研究远离梗死灶 的相关部位脑组织继发损害机制与神经抑制因子的 关系。因此,如何干预脑梗死后神经生长抑制因子对 梗死灶周围和远隔部位神经组织的影响是今后卒中 后神经可塑性研究的方向之一。同时,这也为改善远 期神经功能、神经损伤和再生问题提供新的思路。 参考文献: [1]Buss A,Pech 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