康复训练促进脑梗死大鼠脑功能恢复机制的相关分析

康复训练促进脑梗死大鼠脑功能恢复机制的相关 康复训练促进脑梗死大鼠脑功能恢复机制 的相关分析 J 中 . 国 urn 组 al 织 of 工 C 程 lin 研 ica 究 lR 与 e 临 ha 床 bil 康 ita 复 tive 第 Tissu 卷 eE 第 ngine 朋 ering 00 Re 7- se . ar — chFe 龋 bruaryZ…b,ZU…U/.V,o1..71.N..O.87?? 学术探讨 康复训练促进脑梗死大鼠脑功能恢复机制的相关分析? 胡可慧,余茜 AnaIysisontherecoverymechanismofbrainfunctionincerebralinfarctionratsfoilowing rehabilitationtraining Abstract 0lIJECTIVE:Toinvestigatetheeffectsofrehabilitationtrainingonthebiochemistry,genomi csandproteomein jschemicrats. DATASOI.TRC.ES:Acomputer— basedonlinesearchofMedlinedatabasewasundertakentoidentiryarticlesabout rehabilitationtrainingandratsofcerebraIinfarctionorischemiapublishedinEnglishfr0mJanuary2000toDecember 2005byusingthekeywordsof"rehabilitationtrainingorphysicaltraining,cerebralischemiaorcerebralinfarction,raAl thesametime.ChineserelevantarticlesweresearchedinDatabaseofChineseScientificandTechn~caIPeriodicals betweenJanuary2000andDecember2005.withthekeywordsof"cerebraIinfarction.rehabilitationtraining.rat". STUDYSELEC310N:A? thearticleswereselectedfirstly.andthebasicresearchescontainingthestudyobjectivewere jncludedwhilethoseunrelatedtotheobjectiveorreviewarticleswereeliminated. DATAEXTRAC310N:SixtyarticlesabouttheeffectsofrehabilitationtrainingonratswithcerebraIischemiaorcerebraI infarctionwereselected.ThecontentsofIiteratureswereclassifiedandarrangedbymeansofreadingtheabstractsor fulItexts.andtotally18articleswerecloselyrelatedtothecontentofthisreview. DATASYNTHESIS:Theeffectsofrehabilitationtrainingarerelatedwiththeexpressionsofendogenouscerebral protectivefactorfosimmediate-earlygene,calcitoningene— relatedpeptide,heatshockprotein,glialfibrillaryacidic protein,growthassociatedprotein43,N—methyl—D— aspartatereceptor,nitricoxidesynthase,proliferatingcellnuclear antigen,S一100albumen,nidogen,brain—derivedneurotrophicfactorandtubulin. C0NCLUSION:RehabilitationtrainingcanpromotetherecoveryofIimbmotorfunctionandtheabilityoflearningand memoryinratsaftercerebraIinfarction.contractthevolumeofischemicbrainandelevatethegeneexpressionof protectiveproteinfactorinbrain. HuKH,YuQ.Analysisontherecoverymechanismofbrainfunctionincerebralinfarctionrats followingrehabilitationtraining.ZhongguoZuzhi GongchengYanjiuyuLinchuangKangfu2007;11(8):1515-1518(China)[wwwzglckf.com lzglckflejournallupfileslO7-818k一1515(ps).pdf】 ? Departmentof Rehabilitation Medicine.Amliated HospitalofLuzhou MedicafCollege. Luzhou646000. SichuanProvince. China HuKe—hui?.Studying formaster'sdegree. Departmentof Rehabilitation Medioine.AffiIiated Hosp~aIofLuzhou MedicalCollege. Luzhou646000. SichuanProvince. China hukehui8@ yahwcom.cn Correspondenceto: YLIQian.0octor. Associateprofessor. Tutorofmaster. Departmentof Rehabilitation A衔liated ofLuzhou College. 646000. Province. Received:2006-05.25 Accepted:2006-07—17 摘要 目的:介绍康复训练对相关生化化学,基因组学及蛋白质组学的影响. 资料来源:检索Medline2000_o112005-12与脑梗死或脑缺血,康复训练和大鼠相关的文献,检索词为"cerebralischemiaor cerebralinfarction,rehabilitationtrainingorphysicaltraining,rat",并限定语言种类为英语,同时检索中文科技期刊数据库 2OO)1,2O05l12与脑梗死或脑缺血,康复训练和大鼠相关的文献,限定文章语言种类为中文,检索词"脑梗死,康复训练,大鼠". 资料选择:对资料进行初审,选择包含研究目的的基础研究文章,筛除综述类及与目的无关的文章. 资料提炼:选出以康复训练对脑梗死或脑缺血大鼠为研究对象的文章6O篇.通过阅读摘要或对文章内容进行分类整理, 其中18篇与本文综述内容关系密切. 资料综合:内源性脑保护因子fos即刻早期基因,降钙素基因相关肽,热休克蛋白,胶质纤维酸性蛋白,生长相关蛋白43,N.甲 基一D一天冬氨酸受体,一氧化氮合酶,增殖细胞核抗原,S一100蛋白,巢蛋白,脑源性神经营养因子,微管蛋白达与康复训练效 果有关. 结论:康复训练可促进脑梗死后大鼠肢体运动功能及学习记忆能力恢复,使梗死灶体积缩小,提高脑组织内保护性蛋白因子的 基因表达.泸州医学院附属医 关键词:脑梗死/康复;综述文献;基因表达譬暑罢学鑫 胡可慧,余茜.康复洲练促进脑梗死大鼠脑功能恢复机制的相关分析【J1.中国组织 工程研究与临床康复.2007,11(8):1515-1518 [www.zglckf.comlzglckflejournallupfiles/07-8/8k一1515(ps).pdf】 0引言 临床观察证实脑血管意外自然恢复率约为 38%,经过康复治疗后,约80%患者的肢体功 能可明显改善【".现通过检索Medline和中文 —01/2005—12与脑梗死 科技期刊数据库2000 或脑缺血,康复训练和大鼠相关的文献,侧重 介绍康复训练对相关生化化学,基因组学及蛋 白质组学的影响. 沈阳1200邮政信箱110004kf23385083@sina.corn,vw.zglckf.com 1内源性脑保护因子的作用 1.1舾即刻早期基因近年来发现一种c枷基 因参与重要脑功能活动的信号转导和调控过 程,可作为接受一定刺激的神经元激活的标志, 是目前较为理想的脑功能活动的定位标记f 实验发现,Fos阳性神经元在康复训练组 大鼠脊髓后角大量增加,并且,感觉一运动传 导通路的多级神经元都出现了大量Fos的免 胡可慧?,女.1975 年生,陕西省汉中市 人,汉族,泸州医学 院在读硕士.主要从 事中枢和周围神经 功能损伤康复的研 究. hukehui8@ yahwcomcn 通讯作者:余茜, 博士,副教授.硕士 生导师.泸州医学院 附属医院康复医学 科.四川省泸州市 646OOO 中田分类号:R743 文献标识码:B 文章镶号:1673-8225 (2007)08-01515-04 收稿日期:2006-05.25 修回日期:2006-07-17 (06-55.4-3020/H,Y) 1515 ISSN1673.8225CN21-1539/R 胡可慧,等.康复训练促进脑梗死大鼠脑功能恢复机制的相关分析vvww.zg/c/rfoomkf2338508~ina.oorn 疫阳性反应【引.康复组脊髓后角I,V层均有Fos阳性 神经原表达,其中I,?层两侧反应对称,而第V层阳 性反应只出现在患肢侧,制动组只有脊髓后角第1层 有少量阳性反应【剐.分析原因是由于肢体运动少,来自 外周的刺激信息少,活化的神经元也较少,因此整个传 导通路中的Fos的免疫阳性反应较少. 1.2降钙素基因相关肽降钙素基因相关肽是迄今已知 的体内最强的血管舒张肽f,正常情况下在脊髓下行传 导通路中含有少量降钙素基因相关肽阳性神经元.康 复训练后降钙素基因相关肽的大量增加【,被认为是康 复训练提供的一种保护作用.尽管脊髓并没有直接受 损.但脑梗死造成上位神经元控制的中断,脊髓运动神 经元正常活动状态发生改变.康复训练可以在脊髓水 平中增加感觉输入和运动输出,通过皮质功能重建和 重组,重新建立瘫痪侧下行传导束,使原有突触连接重 组,通过运动的重复和加强重建正常运动模式,改善运 动功能. 1.3热休克蛋白热休克蛋白是一组细胞在应激情况 下由热休克基因所编码合成的伴随细胞蛋白【剐,热休克 蛋白70是脑缺血引起的一种应激蛋白,对缺血脑细胞 具有保护性作用.其在胞浆中与变性蛋白结合以维持 蛋白自身稳定,进入核内与核糖体前体及其他核内蛋 白结合防止其变性引起细胞生命信息的紊乱【.脑梗死 后1d,梗死侧和对侧大脑皮质均出现了大量热休克蛋 白70阳性神经元,阳性神经元在皮质各层均有分布. 康复组热休克蛋白70阳性神经元接受康复训练后继 续升高,随着功能恢复逐渐下降,而制动组则没有先上 升的特点而是逐渐下降【侧.这是大鼠脑对不良刺激的 应激反应,可为梗死灶周围的皮质神经元提供保护作 用.热休克蛋白70表达增加可能是康复训练对促进偏 瘫鼠神经功能恢复的一个环节,这可能是神经功能恢 复的基础. 1.4胶质纤维酸性蛋白胶质纤维酸性蛋白是脑间质纤 维的主要亚单位,是星形胶质细胞的一种标志蛋白【"】, 星形细胞增殖程度和脑梗死后脑组织病变程度可用胶 质纤维酸性蛋白的表达值来评价.大鼠康复组脑缺血 后3d胶质纤维酸性蛋白阳性星形胶质细胞已出现, 与对照组无明显差异,脑缺血7d后胶质纤维酸性蛋 白阳性细胞大量增生,14d达高峰,21d后略有下降, 与对照组有显着差异【.提示脑梗死康复训练可促进 梗死灶周围活性细胞增生,从而对梗死后脑组织起到 保护作用. 1.5生长相关蛋白43生长相关蛋白43是一种胞膜磷 酸蛋白质,是神经元发育,神经生长,再生,突触形成和 重建的标志蛋白质【侧.脑缺血可诱发生长相关蛋白43 基因的表达,包括纤维发芽和突触重建,故生长相关蛋 1516 白43高度表达是再生的典型特征. 有研究表明,康复训练组脑梗死大鼠两侧脊髓前 角生长相关蛋白43的表达均强于制动组.7~14d生 长相关蛋白43的阳性达最多,21,28d生长相关蛋白 43的表达较前逐渐减少,但是康复组比制动组维持水 平较.证实在脑梗死后脊髓内生长相关蛋白43表 达改变,康复训练组较制动组表达明显,提示康复训练 可促使轴突发芽及突触重建,并可能通过梗死灶周围 的修复,代偿作用,或者对侧对应皮质的替代作用而促 进运动功能的恢复. 1.6N一甲基一D一天冬氨酸受体N一甲基一D一天冬氨酸 受体是突触后膜上特殊的离子通道蛋白,既受突触电 压的调控也受神经递质如谷氨酸,甘氨酸,N一甲基一 D一天冬氨酸的控制【,与长时程突触增强,学习记忆, 神经系统生长发育的可塑性有密切关系,是学习记忆 的关键物质.余茜等【'6】在实验中发现康复训练可影响 健侧海马CA3区N一甲基一D一天冬氨酸受体通道开放 电导水平,开放时间和开放概率,这可能是康复组大 鼠学习记忆能力优于模型组的原因之一.运动康复训 练使脑梗死鼠健侧大脑突触界面结构参数发生改变 以及导致长时程突触增强峰潜伏期缩短,其结果是上 调鼠脑梗死灶对侧海马CA3区神经元N一甲基一D一天 冬氨酸受体功能【切.由于N一甲基一D一天冬氨酸受体 通道动力学特性的变化对于学习记忆十分敏感,因此 推测,运动康复促进脑梗死大鼠学习记忆的恢复是通 过影响脑梗死鼠健侧海马CA3区N一甲基一D一天冬 氨酸受体通道开放电导水平,开放时间和开放概率来 实现的. 1-7一氧化氮合酶一氧化氮是一种广泛存在的生物信 使分子和效应因子,参与神经发育和基因表达调控【倡; 可能作为一种逆行信使物质参与海马的长时程突触增 强效应和小脑的长时程突触传递抑制.李薇等【'g】观察 到大鼠脑缺血后24h时梗死灶周围及对侧皮质中一 氧化氮合酶阳性神经元明显增多,在一两周时,梗死灶 周围皮质中一氧化氮合酶阳性神经元数量下降,制动 组较康复训练组更为显着.推测此时由缺血引起的脑 损伤正在逐步恢复,一氧化氮合酶阳性神经元表达减 少,合成和释放的一氧化氮主要表现为保护作用.因 而,康复训练能够延缓一氧化氮合酶阳性神经元数量 的下降速度从而促进脑损伤周围神经组织的功能恢复 和代偿. 1.8增殖细胞核抗原增殖细胞核抗原是细胞周期调 节蛋白,是反映细胞增殖状态的直接量度指标[20,21】. 24h脑梗死大鼠的梗死灶周边区增殖细胞的活动并不 旺盛,在损伤后7d,梗死灶周边区出现了大量增殖细 胞核抗原的阳性细胞,主要是胶质细胞,血管内皮细 P.O.Box1200.Shenyang110004kf23385083@sina,comwww,zglckf,com kf c 23 N 38 '5'0' 83 3g @sina.com胡可慧,等康复训练促进脑梗死大鼠脑功能恢复机制的相关分析嗍羽 ?m胡可慧,等康复训练促进脑梗死大鼠脑功能恢复l制围夭分们 胞,巨噬细胞,康复组较制动组增多.推测损伤后的早 期康复可促进这些细胞DNA合成,促进增殖.康复组 14,21d梗死灶区周围存在的增殖细胞核抗原阳性细 胞较制动组多,考虑一部分为血管内皮细胞增生,血管 生成,从而改善坏死区的血供;另一部分为增殖细胞替 代了损伤坏死的细胞【.脑梗死大鼠经康复训练后,增 殖细胞核抗原在梗死灶周边表达,提示康复训练通过 梗死灶周围的星形胶质细胞,血管内皮细胞,巨噬细胞 的增殖,促进病灶修复及正常组织的代偿作用,从而促 进运动功能的恢复. 1.9S一100蛋白S一100蛋白属于钙结合蛋白家族, 在中枢神经系统中,S一100蛋白主要由胶质细胞,特别 是星形胶质细胞合成和分泌,作用于神经元及其生长 环境,是胶质细胞与神经元之间相互作用的桥梁.S一 100在梗死24h即大量增加,在14d达到一个峰值, 而后康复训练组维持在较高水平,有利于神经元的修 复和功能的恢复【捌.因此,S一100对于神经系统的生长 发育具有很大影响,并在脑损伤时,康复训练通过急性 的胶质细胞反应增加S一100合成和分泌参与修复机制. 1.10巢蛋白巢蛋白是第?类中间丝蛋白,主要在胚 胎期神经前体细胞和神经干细胞呈一过性表达.其定位 于细胞质,是未分化状态多能神经干细胞的抗原标志, 主要存在于胚胎发生期的中枢神经系统f矧.被抗巢蛋 白抗体特异性识别,是鉴别神经干细胞的主要标记之 一【 .大鼠脑梗死后24h,就有大量星形胶质细胞激 活,但在7-28d,康复训练组的巢蛋白较制动组表达 多【2同.考虑康复训练可以通过增加感觉输入,激活更 多的星形胶质细胞,改善神经元的微环境,分泌多种 营养因子,促进损伤修复,诱导神经前体细胞分裂和 增殖,这也是康复训练可以显着改善神经功能的一个 重要原因. 1.11脑源性生长因子脑源性神经营养因子脑源性神经 营养因子是具有促进和维持神经元生长,存活和执行 功能作用的一种活性蛋白因子[27,28].可保护细胞内钙 离子浓度的稳定性;提高细胞内抗氧化酶活性,对抗自 由基;通过抑制兴奋性氨基酸的细胞毒性,抑制细胞凋 亡等途径来保护神经细胞.脑梗死后3,7,14d,康复 训练组大鼠脑梗死灶周围脑源性神经营养因子表达较 造模对照组明显增加(P<0.05),且峰值于第14d有 所回落,至第21天康复训练组与造模对照组之间已无 明显差异.由此结果推测,早期康复训练促进梗死 灶周围脑源性神经营养因子的表达,通过脑源性神 经营养因子对抗兴奋性氨基酸毒性损伤,维持细胞 内Ca2+水平,稳定细胞内环境以及促进树突中的某 种蛋白合成,抑制各种毒素,缺血,自由基等造成的神 经元损伤,保护缺血缺氧神经元,减少自由基形成.刺 沈阳1200邮政信箱110004kf23385083@sinacomwww.zglckf.com 激和促进神经细胞生长分化,引起突触重塑,从而维 持神经细胞存活和正常功能,推动脑梗死后神经功能 的恢复. 1.12微管蛋白微管蛋白是神经细胞发生的标志蛋 白,是构成微管的基本单位【删.微管是细胞骨架的重要 组分,神经细胞骨架是维持轴突正常形态,结构及功能 的重要亚细胞结构.脑损伤后,神经细胞骨架崩解,轴 突快速运输系统中断,并破坏细胞间的传递,因此,维 持细胞骨架的稳定是保护神经结构的关键环节.康复 组大鼠进行康复训练7d后.梗死灶周围微管蛋白的 表达明显较造模对照组强(P<0.05),且于康复训练 14d后梗死灶周围微管蛋白表达达高峰,21d后略有 回落,但仍保持较高水平,明显高于造模对照组(P< 0.05);同时,康复训练14d及21d后脑梗死大鼠行为 评估综合评分较康复训练3及7d时有较大改善,并 且明显低于造模对照组(尸<0.05)【0".据此推测康复训 练可促进脑梗死后梗死灶周围神经组织微管蛋白的表 达,抑制脑损伤后Ca内流,钙蛋白酶激活和微管蛋 白的分解,从而减轻神经细胞骨架崩解,阻止延迟性轴 突断裂的发生,减少神经元死亡,有助于神经功能的恢 复.这可能是康复训练促进脑梗死后神经损伤修复和 功能重塑的机制之一. 2小结 康复治疗可以明显减少继发性残疾,在残疾,残 损,残障3个层次上提高患者的功能.以运动疗法和作 业疗法为主的康复功能训练在促进脑血管病功能恢复 上发挥着重要的作用.因此,康复功能锻炼已成为脑血 管病恢复中不可缺少的手段. 3参考文献 1燕铁斌.窦祖林,实用偏瘫康复【M】,北京:人民卫生出版社.1999:24-46 2McAllisterJP2nd.WoodAS.JohnsonMJ,etal,Decreasedc-fosex- prassioninexperimentalneonataIhydrocephalus:evidenceforreduced neuronaIactivation,NeurceurgFocus1999;7(4):el3 3FinnieJW.CaiZ.BlumbergsPC.etal,Expressionoftheimmediateear- lygene.c-fos.infetalbrainafterwholeofgestationexposureofpreg— nantmicetoglobalsystemformobilecommunicationmicrowaves, Palhology2O06;38(4):333-335 4ShillingPD.KuczenskiR.SegalDS.etaI.D『erentiaIregulationofimme- diate-earlygeneexpressioninthePrefrontaIcorlexofratswithahighvs gy2O06;31(11):2359.2367 袁华,牟翔.李玲,等,康复训练对大鼠脑梗死后脊髓Fce,CGRP和HSp70 表达的影响【J】,中华物理医学与康复杂志.2002.24(2):84-87 李玲.袁华.徐莉,康复训练对脑梗死大鼠中枢神经系统Fos表达的影响【J】, 中华物理医学与康复杂志.2001,23(1):7-10 AlessandnM,MassantiL,GeppettiP,etal,PIasmachangesofcalcitonin gene-relatedpeptideandsubstancePinpatientswithdialysisheadache. Cephalaigia2O06;26(11:1287—1293 KimJM.ParkKH.KimYJ.etal,ThermaJinjuryinducesheatshockpro- te.nIntheopticnerveheadinvivo.InvestOPhthalmolVisSci2O06;47 f11):48884894 1517