大鼠大脑中动脉闭塞后基底节区NR2B和endoG的表达变化

　　【摘要】目的：探讨局灶性脑缺血再灌注时大鼠大脑基底节区N-甲基-D天冬氨酸受体亚单位蛋白NR2B和细胞凋亡诱导因子核酸内切酶G的表达变化.方法：清洁级雄性Wistar大鼠24只，随机分为正常对照组、假手术组及模型组，选择栓线法大鼠大脑中动脉闭塞（MCAO）模型，用免疫组化和图像分析方法观察局灶性脑缺血1小时再灌注6小时后基底节区NR2B和endoG的表达。结果：缺血侧基底节区NR2B表达与正常组和假手术组相比有显著性差异（P

　　【关键词】脑缺血再灌注；NR2B受体；N-甲基-D-天冬氨酸；endonuclease G

　　【中图分类号】R741 【文献标识码】A 【文章编号】2095-6851（2014）04-000139-02

　　近年来有大量的证据表明，脑缺血后兴奋性氨基酸大量释放，过度激活相应受体，是导致神经细胞产生兴奋性毒性作用，引发细胞内外多种病理过程，最终诱导神经细胞凋亡或导致神经细胞死亡的重要原因一。N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA） 受体是中枢神经系统中兴奋性氨基酸谷氨酸的特异性结合受体， 由NR1、NR2、NR3、NR4等亚单位组成， NR2是重要的调节亚单位，有NR2A、NR2B、NR2C、NR2D等4个不同的剪接变体，NR2B是最重要的调节亚单位，是脑缺血引起神经元兴奋性损伤的最主要成分。过度激活相应受体后，导致神经细胞产生兴奋性毒性作用，最终使细胞走向死亡，在此过程′中，有多种凋亡诱导因子参与该病理过程，凋亡诱导因子核酸内切酶G是一种Caspase非依赖性因子，在细胞凋亡、神经细胞坏死中起着至关重要的作用[1]，本研究通过观察大鼠大脑中动脉闭塞后基底节区NR2B和凋亡诱导因endoG的表达变化，并探讨二者可能存在的关系，为进一步研究缺血性脑损伤的分子机制及研制和开发针对NR2B和凋亡诱导因子的特异性新药提供理论基础和形态学依据。

　　1 材料与方法

　　1.1 实验动物与分组

　　雄性清洁级Wistar大鼠24只，体重（250（300）g，随机分为3组，正常对照组：8只，正常对照：8只，行假手术：8只。

　　1.2 试剂及仪器

　　兔抗鼠NR2B；即用型SABC；endoG抗体；DAB显色剂；数据分析系统：Image-proplus5.0。

　　1.3 脑缺血再灌注造模

　　根据Nagasawa的改良线栓法制成大鼠大脑中动脉栓塞1h再灌注模型。大鼠称重后，用10%水合氯醛（4ml/kg）腹腔麻醉后，将其仰卧固定于大鼠解剖板上，于颈部行25mm常规纵行切口，暴露并钝性分离右侧颈总动脉（CCA），颈内动脉（ICA）及颈外动脉（ECA），结扎ECA与CCA，用动脉夹夹闭ICA远心端后，迅速于ECA 与ICA分叉下方剪一切口，将一预先用酒精灯烧成圆头的尼龙线插入颈内动脉，插入深度为（20±0.5）mm，直到有轻微阻力感为止，实现大脑中动脉阻塞导致脑缺血。

　　1.4 数据处理

　　数据采用SPSS11.5软件进行单因素方差分析（One-Way ANOVA），显著水平设为0.05。

　　2 结果

　　2.1 脑梗死体积：正常对照组与假手术组各两例脑片均红染，无白色梗死灶形成。缺血再灌注组脑梗死体积百分比11.31±2.10%。

　　2.2 NR2B阳性免疫物的镜下特征：正常情况下NR2B存在于细胞膜上，在细胞膜上可见深棕色阳性免疫物，呈斑点状，胞膜着色最深，胞浆稍淡，胞体较大，圆或椭圆形，有的可见黄染的突起；在脑片不同区域均可见阳性免疫物分布；在缺血损伤区可见不同程度的细胞分布层次紊乱，可分辨的细胞数减少。

　　2.3 脑缺血再灌注6小时基底节区NR2B的表达变化 表达以缺血侧基底节区为主，以阳性细胞数和光密度值为指标。可见在MCAO后再灌注6h缺血侧NR2B的表达与假手术组和正常对照组比较有显著性差异（P　　2.4 大鼠脑缺血再灌注时脑组织中脑损伤区域endoG的细胞形态学变化

　　endoG存在于正常神经元细胞的线粒体中，在缺氧缺血后可从线粒体中迅速释放出来，进入细胞核内，且发生在脑损伤区域内。表达以缺血侧基底节区为主，在坏死区及缺血半暗带区均可见到endoG阳性细胞，尤以半暗带区表达较多，以阳性细胞数和光密度值为指标。在MCAO后再灌注6h缺血侧endoG的表达与假手术组比较有显著性差异（P　　3 讨论

　　3.1 大鼠MCAO后，基底节区的缺血性神经元损伤通常出现早而且严重，皮层等部位的损害，由于侧枝循环丰富出现时间相对晚且程度轻，因此，基底节区能够充分反应NMDA受体NR2B亚单位介导的神经元缺血性损害的过程[3]。有报道长于2h的大鼠MCAO后再灌注出现的梗塞范围与持续缺血24h者无差别，提示大鼠MCAO后神经组织坏死的时间窗为2h左右[4]。目前，在局灶性脑缺血损伤机制研究中，缺血半暗带是焦点。缺血半暗带是指脑组织缺血后电活动消失而跨膜电位存在和细胞结构保持的区域，认为是缺血核心区以外可以被挽救的脑组织，随着缺血时间的延长半暗带逐渐变窄，梗塞灶不断扩大。这些观点主要来自对脑缺血部位血流和代谢以及组织形态学方面的研究。由于NMDA受体在介导缺血早期神经元损伤中具有关键性作用，以及NMDA受体各亚单位mRNA 几乎只存在于神经元，因此该受体亚单位的表达与缺血半暗带的范围和程度有直接关联。本实验发现NMDA受体NR2B亚单位表达增加显著长于维持大鼠缺血半暗带所需要的时间，即2h左右。在脑缺血再灌注6h，NR2B亚单位仍处于高表达状态，尤其在缺血半暗带内表达升高，故提示NMDA受体介导的神经元毒性损害，在脑缺血半暗带所限定的时间内远未减弱或停止，与此相反，这种损害仍在继续，可能贯穿于可逆性或不可逆性损害整个缺血过程。本实验结果从分子生物学水平支持脑缺血半暗带理论。 　　3.2 正常脑组织在发育过程中细胞凋亡是一个始终存在的过程，未成熟脑细胞也可发生凋亡，在缺氧缺血时凋亡过程可进一步被激活[5]。endoG是Caspase非依赖性因子，主要存在于线粒体中，在脑缺氧缺血后迅速从线粒体中释放出来，进入胞核中，而后导致染色质浓缩和DNA裂解及片段的显现[6]。在诱导细胞凋亡过程中，endoG从线粒体膜间隙进入细胞核，这说明它是一种新的非依赖Caspase途径诱导细胞核DNA断裂、细胞凋亡的因子；先前有报道称，针对大鼠的研究中，大量的DNA断裂最初发生在局灶性脑缺血6小时，而后出现寡核苷酸酶诱导DNA断裂；也有报道称，endoG被核酸外切酶及DNA酶I激活后能促进双链DNA裂解，在此过程中，可能有AIF的参与；虽然AIF本身并无核酸酶的活性，它可能和endoG一起协同促进DNA降解；这表明endoG和AIF共同诱导凋亡细胞核的DNA断裂；本研究发现在动物缺氧缺血后，在脑损伤区域出现endoG阳性细胞，说明在脑缺血后endoG迅速从线粒体进入细胞核内的过程是存在的，印证了它能促成DNA断裂，最终诱导细胞凋亡，提示endoG介导的细胞凋亡在脑损伤发生中有重要作用。

　　3.3 脑缺血再灌注损伤的发病机理复杂，主要涉及兴奋性氨基酸毒性、氧自由基的产生、胞内钙离子超载、蛋白激酶和磷酸化酶改变及细胞凋亡等因素引起的级联反应，而过量谷氨酸是这些级联反应的启动因子之一。过量谷氨酸过度激活NMDA受体，同时抑制谷氨酸/ 胱氨酸转运体转运半胱氨酸而减少GSH合成，大量氧自由基堆积后，可以攻击细胞超微结构产生细胞毒性，最终发生神经细胞的坏死或凋亡。凋亡即是一种主动死亡过程， 以特异的形态学和生化学表现、特异性基因程序的参与和无炎症反应为特征。脑缺血时，细胞凋亡参与缺血后梗死灶的发展， 因此减少神经细胞凋亡的发生和发展对减轻局灶性脑缺血再灌损伤程度和范围， 抢救“半暗带区”神经细胞， 显得尤为重要。尤其在脑缺血早期及时应用NR2B受体拮抗剂降低细胞的兴奋性毒性，针对细胞凋亡诱导因子endoG在脑缺血早期即有表达，随缺血时间延长而逐渐升高，应及早应用能减少endoG表达的药物，在凋亡还未发生时及时阻断凋亡的发生，将对减少脑梗死面积，降低神经元缺损开辟一种新的治疗途径。

　　参考文献

　　[1]Wu Y， Dong M，Toepfer NJ ，et al. Role of endonuclease G in neuronal excitotoxicity in mice[J]. Neurosci. Lett.364 （2004）203-207.

　　[2]Schafer P， Scholz SR， Gimadutdinow O， et al.Structural and functional characterization of mitochondrial EndoG， a sugar nonspecific nuclease which plays an important role during apoptosis[J].Mol. Biol. 338 （2004） 217-228.

　　[3]Zhang J， Dong M， Li L， et al. Endonuclease G is required for early embryogenesis and normal apoptosis in mice[J]. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 100 （2003） 15782-15787.

　　[4]Widlak P， Li LY， Wang X， et al.Action of recombinant human apoptotic endonuclease G on naked DNA and chromatin substrates：cooperation with exonuclease and DNase I[J]. Biol. Chem.276 （2001） 48404�48409.

　　[5]Arnoult D， Gaume B， Karbowski M， et al. Mitochon- drial release of AIF and endoG requires caspase activation downstream of Bax/Bak�mediated permeabilization[J]，EMBO J. 22 （2003） 4385�4399.

　　[6]Ferrer I ，Planas A M. Signaling of cell death and cell survival following focal cerebral ischemia ： life and death struggle in the penumbra[J] . Neuropathol Exp Neurol ，2003 ，62 （1） ：329 � 339