db—cAMP对脑缺血再灌注大鼠皮质脊髓束可塑性及运动功能恢复的影响

db—cAMP对脑缺血再灌注大鼠皮质脊髓束可塑性及运动功能恢复的影响 db—cAMP对脑缺血再灌注大鼠皮质脊髓 束可塑性及运动功能恢复的影响 陈~兀 :d 乐 b 心 - cAM 009 P鼠皮质脊髓柬可塑性及运动功能恢复的影响 LASERJOURNAL(Vo1.30.No.4.2oo9) db—cAMP对脑缺血再灌注大鼠皮质脊髓束可塑性 及运动功能恢复的影响 陈艳,李长清 (重庆医科大学附二院神经内科,重庆400010) 提要:目的:研究双丁酸环腺苷酸(db—cAMP)对脑缺血再灌注大鼠神经结构可塑性及运动功能恢复的影响,并对其发生机制进行探讨. 方法:采用n鼬改良线栓法制备大鼠右侧大脑中动脉缺血再灌注模型,造模成功的大鼠20只随机分为实验组(1O只)和对照组(1O只),参照 Montoya设计的"楼梯测试"对大鼠运动功能进行定量评定,BDA顺行性示踪方法 :大鼠运动功能实验组较对 观察皮质脊髓束可靼性变化.结果 照组明显改善,BDA顺行性示踪见颈膨大处跨过脊髓中线支配患侧前角的纤维数量较对照组明显增加.结论:db—cAMP能够促进脑缺血再灌 注损伤大鼠神经结构可塑性的改善和运动功能的恢复. 关键词:双丁酸环腺甘酸;皮质脊髓束可塑性;运动功能恢复;BDA顺行性示踪 中图分类号:R477文献标识码:A文章编号:02一43(20o9)o4—0091—03 Behavioralrecoveryandcorticospinalplasticityinratscerebral isdlemia—reperfusionandtrealmentwi?ldb— CHENYah,LIChang—qing (DepartmentofNeurology,theSecondAffiliatedHospitalofChongqingMedicalUniversity,ch?gqiIlg400010.China) Abstract:Objective:Too]~eFvethebehavioralrecoveryandcorticospinalplasticityinratsaftercerebralischemia—?reperfusionandLrealnmntwithdb—? cAMP.Method:Themiddlecerebralarteryischemia— reperfusionmodel(MCAIR)wasestablishedbysuture— embolusmethodinrats.20ratswererandomly assignedtoexperimentgroupandcontrolgroup.Theformerreceivethetreatmentofdb— cAMP.andthelatterreceivethetreatmentofNS.Behavioralrecovery w8squantitmedbyMontoya'sstaircasetest.ThecorticospinalplasticitywasdeterminedbyBDAneuronaltracer.Result:Comparetocontrolgroup,inthe experimentgroup.thefunctionalrecoveryoftheforepawWRSficannybetter.Andthemidlinecrossingcorticospinalfibersoriginatingintheunlesioned sensorimotorcortexincreasedsignificantly.Conclusion:db— cAMPcpromotethebehavioralrecoveryandtheimprovementofthecorticospinalplasticityinrats aftercerebralischemia—repeffusion. Keywords:rib— cAMP;corticospinalplasticity;behavioralrecovery;biotindextranamineneuroanatomicaltracing 脑梗死后,神经功能缺损难以恢复,这是因为中枢神经系统损伤参照Longa(2】改 良线栓法建立大鼠大脑中动脉缺血再灌注模型. 后再生能力差.中枢神经系统的再生能力主要与内外两方面的因素造模后的大鼠 参照ZeaLonga的5分法进行评分,评分为l一3分纳入 有关,一是神经元内在的生长能力,如生长相关基因及蛋白;二是神下一步实验. 经元所处的微环境中的抑制因子,促进因子和胶质瘢痕.特别是神1.4侧脑室注射 生理盐水(NS)和曲一cAMP 经元微环境中髓鞘相关抑制因子近年来成为研究的重点,这也为中造模成功的大鼠用3.5%的水合氯醛1ml/100g腹腔注射麻醉动 枢神经系统损伤后促进轴突再生提供了新的思路.cAMP在体外实物,头顶部矢状正中切口,在立体定向仪下定位,在右侧大脑前囟后 验和脊髓损伤模型实验中能够阻遏髓鞘相关抑制因子的作用,促进0.8mm,右旁1.5nml处进针3.5mm,实验组和对照组分别用微量注射 轴突芽生.脑缺血再灌注有其特有的病理生理改变,cAMP是否也能器注入0.9%生理盐水10gl和100ug的db—cAMP稀释液3)lOgl 发挥同样的作用?本研究将从行为学,形态学等方面探讨该问题.(100t~/NSlO),注射完毕留针2min,缓慢拔针,用骨蜡封住针眼,缝 1材料与方法合切口. 1.1实验动物与试剂 成年健康雄性sD大鼠若干只,体重200g至300g,由重庆医科大 学实验动物中心提供,符合国家二级实验动物.选取前肢功能 训练和造模成功的大鼠2o只,随机分为实验组(1O只)和对照组(10 只). 主要试剂:db—cAMP购自上海百赛生物公司,BDA一10000神经 示踪试剂盒购自美国invitrogen公司. 1.2大鼠前肢功能测试 参照Montoya设计的楼梯测试方法l1],将大鼠放入特制的盒子, 盒子中央有一纵行平台,大鼠可站在其上,平台两边各有一楼梯,楼 梯共6层,每层楼梯上有一放食物的小槽,大鼠可用左前肢抓取左边 食物小槽中的食物,右前肢抓取右边小槽中的食物,每层楼离平台的 高度不同,所以抓取难度也不同.先将大鼠置于盒子中训练两周,这 时大鼠抓取食物的技术,数量都比较稳定,再进入正式测试,每次测 试之前限量给食,测试时间为lh,仅在左侧楼梯放食物小球,每5分 钟记录一次大鼠抓取并喂到嘴里的食物数量,添加食物,待测试结束 后合计抓取成功的食物数量,以此数量来定量反映左前肢运动功能 变化. 1.3大鼠大脑中动脉缺血再灌注模型的制备 收稿日期:2OO9—04—08 基金项目:重庆市科委自然科学基金(2o04—54—83) 1.5BDA皮质脊髓束顺行性示踪 两组大鼠术后45天,用3.5%的水合氯醛lml/100g腹腔注射麻 醉大鼠后,将大鼠头部固定在立体定向仪上,从头顶正中线剪开皮肤 和筋膜,暴露颅骨,找准前囟,以前囟为参照点,再左侧颅骨做标记, (1,一1),(1,4),(5,.4),(5,一1),此四点构成一个5mm× 标记点[J为 4m的矩形范围,用颅钻在此范围内钻5个孔至硬脑膜.分别进行 皮质内注射,每点分0.8mm,1.5mm和12mm三个层面,由浅入深逐层 注射,每个层面注射0.3至0.41,三个层面共计1l.每注射一 个层面等待2min,再进针,第三个层面注射完毕后,留针5min,后缓慢 退针,用骨蜡封住针眼,缝合切口.待麻醉消失后,将大鼠提尾悬空, 可见右前肢有轻微屈曲抱胸动作,症状持续3h至5h消失,以此作为 示踪剂准确注入左侧大脑皮质感觉运动区的标准.皮质注射两周 后,灌注去脊髓颈膨大,冰冻切片,DAB显色. 1.6图像分析 采用NIHInm罾eJ图像分析软件,以脊髓中央管和脊髓前正中裂 连线为脊髓左右侧分界标志,分别计数缺血受累侧脊髓前角和健侧 前角BDA阳性标记轴突数目b】,用受累侧数量与健侧数量的比值 表示健侧皮质脊髓束芽生纤维跨越脊髓中线支配对便4失神经支配区 的相对数量.取3脊髓片相对比值作为一只动物的跨越中线的纤维 的相对量,并用百分比表示. 1.7统计分析 数据结果以x?S表示,采用SPSS10.0统计软件进行重复测量数 据方差分析,t检验等处理,P<0.05为显着性检验水准. 鼠皮质脊髓束可塑性及运动功能恢复的影响 LASERJOURNAL(Vo1.30.No.4.2009) 2结果 2.1大鼠前肢功能变化 本实验采用Montoya设计的"楼梯测试"方法测试大鼠手术前后 受累肢体的功能变化,结果如表一.两组大鼠术前的前肢功能(伸展 和抓取能力)没有统计学差异(P>0.05),术后ld两组大鼠左前肢活 动能力极差,几乎不抓取食物小球,术后1w两组大鼠前肢功能均开 始改善,到术后2w到4w改善比较明显,两组大鼠前肢功能进一步改 善,实验组(A)较对照组(B)改善明显,但4w以后对照组大鼠前肢功 能不再有明显改变,实验组大鼠前肢功能持续改善,到术后6w,恢复 到术前水平的80%左右.图1可见随着测试时间不同,实验组和对 照组大鼠前肢抓取食物小球数量的变化趋势. 表1A5,B5组大鼠各时间点前肢功能测试结果(X4-s) 注:采用重复测量数据方差分析,B35组和A5组组间比较,差异 有统计学意义(P<0.05),各组不同时间对抓取食物数量的影响差异 有统计学意义(P<0.05).每组内8个时间点的两两比较差异均有 统计学意义(P<0.05). \/一 测试时间 图1抓取食物小球数量变化趋势图 2.2皮质脊髓束示踪 健侧大脑半球感觉运动皮质区注入示踪剂BDA后,采用DAB显 色,可见BDA标记的纤维呈棕褐色,交叉后的皮质脊髓束(csr)在颈膨 大节段集中走行于脊髓后索,少量未交叉的纤维走行于脊髓腹侧前正 中裂旁,并可看到这些纤维向脊髓的灰质部分投射.正常情况下, (3ST,绝大部分纤维支配通车脊髓前角,很少绕过脊髓中央管去支配对 侧脊髓前角.脑缺血后,对照组健侧CST越边纤维为4.1%4-1.1%,dh — cAMP干预后,健侧CST越边纤维数量为7.9%?1.8%,较对照组明 显增加(t检验,P<0.05,两组差异具有统计学意义),提示db—cAMP 对脑缺血后神经轴突再生,中枢神经系统可塑性的改善有促进作用. 见图2 3讨论 3.1颈膨大处跨中线纤维数量与神经功能恢复的关系 脑梗死后,脊髓前角运动神经元和脑干的部分神经核团失去大 脑皮质的支配,导致偏瘫,失语等多种神经功能障碍.人们不断在探 索促进神经功能恢复的方法,研究发现,脑梗死后神经功能的恢复过 程中,健侧半球感觉运动皮质发挥了重大作用.脑损伤,包括大脑中 动脉闭塞和抽吸术所致的感觉运动皮质受损,均可诱导健侧大脑半 球感觉运动皮质神经元轴突出芽即轴突再生.再生的轴突与缺血灶 周围残存大脑皮质神经元建立联系,同时也与失去皮质神经元支配 的纹状体,丘脑,脑干神经核团以及脊髓等皮层下相关区域建立纤维 联系.由健侧皮质发枝重建的神经环路与神经功能缺损的改善是相 关的.采用功能性磁共振对脑卒中康复期的动物进行研究发现,电 刺激其前肢或者后肢可活化同侧大脑半球中正常情况下不能活化的 脑区.正电子发射计算机断层扫描(PET),功能性磁共振(tMRI),经 颅磁刺激(TMS),脑磁波描记法(magnetoencephalography)等非侵入性 方法'应用于脑卒中患者皮质功能重组研究后发现患者手部功能的 恢复与两侧大脑半球皮质区活化增强有关,这也进一步说明脑梗死 后健侧大脑半球在神经环路重建,神经功能恢复中的作用,这便是中 枢神经系统的可塑性.但是成熟的中枢神经系统再生能力差,这种 可塑性也是有限的,如何增强中枢神经系统的可塑性,促进受损神经 功能更好的修复是神经科学领域面临的一大难题.类似的研究也有 很多,主要从增强神经元的再生能力,解除神经再生的抑制因素等方 面人手. 图2b脊?片4×箭头所示为健饲CST 图2e对照组跨越中线的图2f左鬣局部放大4o× 神经纤维(箭头所示)lOX 图2BDA顺行性皮质脊髓束示踪 本研究应用BDA顺行性示踪技术观察MCAO模型大鼠健侧皮 质脊髓束轴突出芽等形态学变化,同时采用"楼梯测试"评价受累前 肢运动功能恢复情况,较准确地反映了db—cAMP对脑梗死后神经修 复的影响.脑梗死采用db—cAMP治疗后,健侧大脑感觉运动皮质发 出的皮质脊髓束(csT)在脊髓颈膨大处发枝跨过脊髓中线支配患侧 失支配的脊髓前角运动神经元.与对照组相比,脊髓颈膨大处跨中 线纤维的数量显着增加,同时患肢运动功能恢复也显着优于对照组, 这说明db—cAMP对脑梗死后神经元增强中枢神经系统可塑性,促进 轴突再生和患肢运动功能恢复. 3.2db—cAMP促进皮质脊髓束重塑和运动功能康复的机制 中枢神经系统损伤后神经功能难以恢复,这主要是因为中枢神 经系统(CNS)的再生能力差有关.CNS的再生能力不仅与神经元自 身的生长能力有关,而且还和神经元所处的微环境密切相关.神经 元微环境中存在大量的髓鞘相关抑制因子【8J,包括髓鞘相关糖蛋白 (myelinassociatedglyeoprotein,MAG),Nogo—A和少突胶质细胞/髓鞘 糖蛋白(oligodendrocytemyelinglycoprotein,OMgp),研究表明前述三种 抑制因子作用与共同的受体复合物NPP75(NRT)/uNGO—l或者 NgR/P75(N盯)/TROY,激活下游信号通路上的RhoA,RhoA再激活 ROCK,ROCK作用于细胞骨架导致生长锥塌陷从而抑制轴突再生. 所以如何解除髓鞘相关抑制因子的抑制作用成为了众多学者关注的 重点.环腺苷酸(cyclicadenylicacid,cA^)是细胞内最重要的第二信 使之一.细胞内cAMP浓度的改变影响多种细胞内信号转导途径, 从而调控蛋白活性,基因表达以及细胞功能,对细胞的代谢,生长,分 化和凋亡过程发生影响.近年来的研究发现神经营养因子通过诱导 细胞内cAMP浓度增加,从而促进轴突再生,改善中枢神经系统可塑 螭赫赞,I纛担釜鞲 《激光杂志》犁藁断学进1.30.N..4.2009)93 性9,10).cAMP通过PKA途径磷酸化CREB(cAMP效应元件结合蛋 白),磷酸化的CREB诱导一部分基因的表达改变,这其中包括I 的上调,上调的AmI可能通过多胺或者其他某种途径阻断前述髓鞘 相关抑制因子的作用,减少RhoA的激活,最终促进轴突再生,增强了 中枢神经系统可塑性,促进功能恢复n1.12). [1] 【2】 (3] [4] [5] 参考文献 龚标,李长清,任庆华等."楼梯测试"评价局灶性脑梗死大鼠前 肢功能研究(J].重庆医科大学,2OO7,32(10):1055—1058. ZeaLo,mEL,WeinsteinPR,CarlsonS,eta1.Reversiblemiddle cerebralarteryocclusionwithoutcraniectomyinrals【J].Stroke,1989, 20(1):84,91. AkabayashiA,ZaiacT,GabrielSM,da1.Intracerebrovontricular injectionofdibutyrylcyclicadenosine3'.5'一monophosphate increaseshypoIhaJ8miclevetsofneuropepfideY[J].BrainRes,1994, Octl7;660(2):323—8. 诸葛启钏主译.大鼠脑立体定位图谱[M].北京:北京人民卫生 出版社,2OO5.6. WiessnerC,BareyreFM,AUegriniPR,e,a1.Anti—Nogo—A antibodyinfusion24hoursafterexperimentalstrokeimproved behavioraloutcomeandcorticospinalplasticityinnormotensiveand spontaneouslyhypertensiverats【JJ.JCerebBloodFlowMelab,2003, ,23(2):154—65. EmerickAJ,K~rtjeGL.Behavioralrecoveryandanatomicalplasticity inadultratsaftercorticallesionandtreatmentwit}lmonoclonalantibody 一 l【J]BehavBrainRes,20O4,Jlll9,152(2):315—25. etlsehCM,NetzJ,WesslingM.ela1.Remotechangesincortical excitabihtyafterstroke[J].Bmin,2003,,126(Pt2):470—81. 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