甲基强的松龙对嗅鞘细胞移植治疗受损视网膜神经节细胞的早期保护效应
裴群羽,许媛媛,王 珂,杨立元,杨 磊,雷季良
北京大学医学部解剖学教研室,北京市 100083
裴群羽★,女,1980年生,黑龙江省哈尔滨市人,汉族,北京大学医学部在读硕士,主要从事中枢神经再生方面研究。
Hxz800829
通讯作者:雷季良, 副教授,北京大学医学部解剖学教研室,北京市 100083
leijiliang
中图分类号:R617
文献标识码:A
文章编号:1673-8225
(2007)29-05701-04
收稿日期:2007-01-04
修回日期:2007-04-05
(07-50-1-37/M·A)
Early protection of methylprednisolone to the injured retinal ganglion cells following olfactory ensheathing cell transplantation
Abstract
AIM: To study the early protection provided by methylprednisolone (MP) for injured retinal ganglion cells (RGCs) treated by transplantation of olfactory ensheathing cells (OECs).
METHODS: The experiment was carried out in the Neuroanatomical Institute of Peking University Health Science Center from September 2005 to September 2006. Seven of fifty-five adult male SD rats were randomly selected as the normal control group and not given any intervention, while the others were the experimental group, in which the optical nerve was exposed from the left supraorbital arch under an operation microscope, then the optic nerve sheaths were cut open in clockwise order, and the optical nerve transected 2 mm from the posterior wall of the eyeball. The experimental group was randomly subdivided into 4 groups with 12 animals in each group: injury group, MP group, which was given intravenous injection of 90 mg/kg MP solution 30 minutes after operation; OECs group, which was transplanted with OEC tissue after operation; MP plus OECs group, which was given the MP solution by the previous method then OECs transplantation. Twenty-one days later, the anesthetized rats of all groups were sacrificed to observe the number of RGCs retrogradely labeled by fluorogold and the expression of heat shock protein 27 (HSP27) in ganglion cell layers by Western blotting, respectively.
RESULTS: Fifty-five SD rats were involved in the result analysis. ①The number of RGCs in the MP group exceeded that in the injury group [(16.525±9.557), (9.889±5.585) cells per field, P < 0.01], that of the MP plus OECs group exceeded that in the MP group and in the OECs group [(28.881±13.660), (16.525±9.557), (13.513±6.840) cells per field, P < 0.1, P < 0.01]. ②The expression of HSP27 in the retinal ganglion cells of the MP group was higher than that in the injury group, and that of the MP plus OECs group was more than that of the MP group and OECs group.
CONCLUSION: Early injection of MP could elevate the survival of injured RGCs, and upregulate the expression of HSP27; moreover, it displays the evident protection to the injured RGCs treated by OECs transplantation.
Pei QY, Xu YY, Wang K, Yang LY, Yang L, Lei JL.Early protection of methylprednisolone to the injured retinal ganglion cells following olfactory ensheathing cell transplantation.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2007;11(29):5701-5704(China)
[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/07-29/29k-5701(ps).pdf]
摘要
目的:观察注射甲基强的松龙对嗅鞘细胞移植治疗受损视网膜节细胞的早期保护作用。
方法:实验于2005-09/2006-09在北京大学医学部神经解剖实验室完成。实验动物分组:成年雄性SD大白鼠55只随机取出7只为正常对照组,不进行任何实验处理;其余48只为实验组,在手术显微镜下经动物的左侧眶上缘暴露视神经,然后将视神经鞘顺向划开,在距眼球后壁2 mm处将视神经剪断。将实验组动物随机分成4组,每组12只:①损伤组。②静脉注射甲基强的松龙组,动物实施术后30 min给予一次性尾静脉注射甲基强的松龙注射液(90 mg/kg)。③嗅鞘细胞移植组,动物术后移植嗅鞘细胞组织层。④给药后嗅鞘细胞移植组,动物术后30 min给予一次性尾静脉注射甲基强的松龙注射液(90 mg/kg),然后移植嗅鞘细胞组织层。术后21 d麻醉下处死各组大鼠。实验评估:通过视神经逆行荧光标记和蛋白免疫印迹方法观察视网膜神经节细胞存活状况以及热休克蛋白27表达情况。
结果:55只SD大鼠均进入结果分析。①视网膜神经节细胞的存活数量:甲基强的松龙静脉注射组高于损伤组[(16.525±9.557),(9.889±5.585)个/视野,P < 0.1],给药后嗅鞘细胞移植组明显高于甲基强的松龙静脉注射组和嗅鞘细胞移植组 [(28.881±13.660),(16.525±9.557),(13.513±6.840)个/视野,P < 0.1,< 0.01]。②各组视网膜神经节细胞热休克蛋白27的表达:甲基强的松龙静脉注射组高于损伤组,给药后嗅鞘细胞移植组明显高于甲基强的松龙静脉注射组和嗅鞘细胞移植组。
结论:早期注射甲基强的松龙使受损视网膜神经节细胞存活率升高,并使热休克蛋白27表达上调,同时亦表现出了对移植嗅鞘细胞移植治疗受损视网膜神经节细胞的显著保护效应。
关键词:甲基强的松龙;视网膜神经节细胞;嗅鞘细胞;早期保护
裴群羽,许媛媛,王珂,杨立元,杨磊,雷季良.甲基强的松龙对嗅鞘细胞移植治疗受损视网膜神经节细胞的早期保护效应[J].中国组织工程研究与临床康复,2007,11(29):5701-5704 [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/07-29/29k-5701(ps).pdf]
0 引言
甲基强的松龙现为急性脊髓损伤临床常规用药,但因其长期使用可导致很多不可避免并发症,由此产生的不良后果甚至影响了其治疗中枢神经损伤的效果。为了评价甲基强的松龙的早期治疗效果,本实验拟用甲基强的松龙静脉注射,观察其对受损视网膜神经节细胞早期保护作用及对嗅鞘细胞移植治疗受损视网膜神经节细胞的促进作用。
1 材料和方法
设计:随机对照实验。
单位:北京大学医学部解剖学教研室。
材料:实验于2005-09/2006-09在北京大学医学部解剖学教研室完成。成年雄性SD大鼠55只,体质量220~240 g,出生0 d SD乳鼠4只,均由北京大学医学部实验动物中心提供(合格证号SCXK京2002/0001)。注射用甲泼尼龙琥珀酸钠(法玛西亚-普强公司比利时分厂产品),有效成分为甲基强的松龙, 1 mL注射液中含有甲基强的松龙粉末40 mg(稀释液为苯甲醇-注射用水)。兔抗小鼠Hsp25多克隆抗体(Stressgen Biotechnologies Corporation,Canada的产品)。荧光金(Biotium Corporation,America)。组织裂解液(北京普利莱生物基因技术有限公司)。A、B发光底物(北京普利莱生物基因技术有限公司)。胶片:Kodak X-Omat BT Film(伊士曼柯达公司,美国)。手术显微镜及计算机图像分析系统(olympus bx51图像处理系统和dp70图像处理软件)。
设计、实施、评估者:实验由第五作者设计,*、二作者实施,第三、四作者评估。
方法:
动物处理方法:将出生0 d SD乳鼠麻醉、取脑,剥离嗅球,置0.1%磷酸盐缓冲液中,4 ℃保存备用(本实验中均为移植前1 h取嗅球)。复合麻醉剂麻醉成年雄性SD大白鼠,正常对照组(n =7)不做实验处理;实验组(n =48)在手术显微镜下经动物的左侧眶上缘暴露视神经,然后将视神经鞘顺向划开,在距眼球后壁2 mm处将视神经剪断,注意不要将走行于视神经鞘下方的视网膜中动脉损伤。将实验组动物随机分成4组,每组12只: ① 损伤组,动物实施手术后存活21 d。 ② 静脉注射甲基强的松龙组,动物实施术后30 min给予一次性尾静脉注射甲基强的松龙注射液(90 mg/kg),动物存活21 d。③嗅鞘细胞移植组,动物术后移植嗅鞘细胞组织层,动物存活21 d。④ 给药后嗅鞘细胞移植组,动物术后30 min给予一次性尾静脉注射甲基强的松龙注射液(90 mg/kg),然后移植嗅鞘细胞组织层,动物存活21 d。
荧光金逆行标记视网膜铺片:摘取荧光金标记大鼠的左眼,于2%多聚甲醛(0.1 mol/L PB,pH=7.4)中将视网膜从眼球壁上完整剥离,并在每个视网膜的上、下、鼻、颞侧各剪一切口,分成鼻上、鼻下、颞上、颞下四个象限。室温下将视网膜置于4%多聚甲醛(0.1 mol/L PB)中后固定1 h。然后平铺于载玻片上,视网膜神经纤维层朝上,30%甘油封固。
视网膜节细胞计数:将荧光金逆行标记视网膜铺片置于荧光显微镜20×物镜下观察,以视神经盘为中心,在通过视神经盘的坐标轴上,分别在视网膜鼻上、鼻下、颞上、颞下4个象限等距(间距为0.5 mm)取点,均取距离视神经盘颞侧2 mm处视网膜中被荧光金标记的视网膜节细胞照像,选择胞体为圆形或卵圆形,金黄色的荧光金成颗粒状均匀分布于胞浆和细胞突起起始部的视网膜神经节细胞计数。
western blot方法观察热休克蛋白27的表达:提取视网膜热休克蛋白27蛋白,用酶标仪测定蛋白浓度。并绘制标准蛋白曲线。在电泳槽内加上1×电泳缓冲液后开始电泳。蛋白质转膜后,加入封闭液和1∶5 000的兔抗小鼠热休克蛋白27多克隆抗体5 mL(封闭液∶抗体=1∶4)。杂交袋封严后,置4 ℃水平摇动过夜。二抗结合:剪开杂交袋,取出滤膜,用封闭液漂洗3次,每次5 min。将滤膜再放入杂交袋中,封好3面。加入封闭液和1∶3 000辣根过氧化物酶标记的羊抗兔IgG。将杂交袋封严后,置室温水平摇动1 h。取出滤膜,用TBS漂洗3次,每次5 min。然后进入暗室,准备好暗盒、胶片及A、B发光底物。首先在暗盒中铺入一块适当大小的保鲜膜,将滤膜向上铺在保鲜膜上,然后滴上1∶1配比的发光底物。在滤膜上方再铺放一层保鲜膜,反应1 min后,将暗室的照明灯关掉,只留下红外灯照明。在滤膜处的保鲜膜上铺上胶片,盖上暗盒,适当时间后,取出胶片,入显影液、清水、定影液后,用清水冲净胶片。
主要观察指标:①视网膜神经节细胞数量。②热休克蛋白27表达。
统计学分析:由*作者采用SAS 8.01软件进行统计学处理,实验结果以x ±s表示,视网膜神经节细胞数量比较采用配对t检验。
2 结果
2.1 实验动物数量分析 实验动物均进入结果分析,无缺失。
2.2 荧光金逆行标记法显示视网膜神经节细胞数量统计 甲基强的松龙静脉注射组视网膜神经节细胞数为(16.525±9.557)个/视野,明显高于损伤组[(9.889±5.585)个/视野],差异有显著性(P < 0.1);嗅鞘细胞移植组视网膜神经节细胞数为(13.513±6.840)个/视野,给药后嗅鞘细胞移植组视网膜神经节细胞的存活数量进一步提高[(28.881±13.660 )个/视野],与嗅鞘细胞移植组比较,差异有非常显著性(P < 0.01);给药后嗅鞘细胞移植组与甲基强的松龙静脉注射组比较,差异有显著性(P < 0.1)。见图1。
2.3 western blot法测定热休克蛋白27表达与视网膜神经节细胞数量的关系 21 d时,每组取6只大鼠视神经受损侧视网膜、提取蛋白、测定蛋白浓度后,进行电泳。结果显示:热休克蛋白27在代表正常对照组、损伤组、静脉注射甲基强的松龙组、嗅鞘细胞移植组、给药后嗅鞘细胞移植组的4个泳道中皆有表达,但以给药后嗅鞘细胞移植组表达量zui大。静脉注射甲基强的松龙组、嗅鞘细胞移植组热休克蛋白27蛋白表达量次之,正常对照组小热休克蛋白27表达量zui少(图2)。western blot法测定热休克蛋白27表达量多时,视网膜神经节细胞数量也多。
3 讨论
视神经受到损伤后,损伤部位发生炎症反应是必然的过程,炎症细胞被激活并释放多种炎症递质,在局部炎症递质的作用下,毛细血管和细静脉的血流减慢甚至停滞,引起静脉充血加重水肿,而炎症的加剧无疑对保护受损视神经不利。文献报道,治疗受损中枢神经*时机为受损后8 h之内[1],所以施加在早期能发挥效用的干预手段,即在早期保护受损视网膜神经节细胞,将在一定程度上改善受损视网膜神经节细胞生存微环境,并为其进一步治疗创造有利条件。
甲基强的松龙能够减轻受损视网膜神经节细胞早期必然发生的炎症反应,并改善受损视网膜神经节细胞生存微环境,为其存活和再生创造条件[2]。Liu 等[3]进行的研究认为,甲基强的松龙通过抑制前列素F的神经细胞毒性从而起到对脊髓的膜保护作用。Nash等[4]研究证明, 将脱髓鞘细胞移植到损伤脊髓后再应用甲基强的松龙明显促进大鼠损伤脊髓的轴突生长。在动物实验中,甲基强的松龙对脊髓损伤的作用,特别是在伤后1 h内注射甲基强的松龙,在减轻脊髓水肿方面明显优于地塞米松组[5]。
在1978、1985、1997 年NASCISⅠ、Ⅱ、Ⅲ[1]进行系统研究后表明:应早期(8 h以内)、在脊髓未大片出血坏死之前,大剂量静脉用药,结果显示可促进中枢神经损伤后的恢复。自1982年Anderson等[6]不同的专家将不同剂量的激素(包括甲基强的松龙)用不同的给药方式和时间治疗外伤性视神经病变,都取得了积极的治疗效果[7,8]。1999 年,Trobe 等[9]研究指出:小剂量口服强地松对视神经炎的治疗无效,甲基强地松龙大剂量冲击治疗 (2 mg/kg)可加快视力的恢复。同时, 鉴于视神经炎多合并多发性硬化,甲基强地松龙大剂量冲击治疗对预防多发性硬化的发生有一定的作用。
1997年Li提出自体移植法修复脊髓损伤的可行性及优点。2000年Kato等[10]将从成年人嗅神经提取的嗅鞘细胞植入已抑制免疫反应的大鼠脱髓鞘白质, 结果表明脱髓鞘神经广泛髓鞘化。嗅鞘细胞移植可能可以用来治疗肌萎缩(脊髓) 侧索硬化, 视神经损伤。2001年Guntinas等[11]证实嗅鞘细胞移植可以刺激面神经损伤的大鼠面神经轴突的生长。zui近有人利用猪的嗅鞘细胞移植到非洲绿猿的急性脊髓损伤部位进行异种嗅鞘细胞移植治疗灵长类动物急性脊髓损伤获得成功[12]。虽然以往研究促进视神经损伤后再生所采取的嗅鞘细胞移植手段,虽在一定程度上使再生纤维增加,但数量仍有限[13,14]。分析其原因,可能与损伤后视网膜神经节细胞迅速死亡、当移植物开始发挥作用时,绝大多数视网膜神经节细胞已不可逆转地发生溃变与凋亡有关。
本实验在早期给予损伤视网膜神经节细胞注射甲基强的松龙,可以延缓细胞的死亡速率,提高细胞生存率。在21 d时给药后嗅鞘细胞移植组存活视网膜神经节细胞数量多于静脉注射甲基强的松龙组和嗅鞘细胞移植组,并有统计学意义。对应的western blot法测定热休克蛋白27的变化与此计数结果相一致。热休克蛋白27在以往的研究报道中显示具有保护受损中枢神经的作用。Yokoyama 等[15]通过钳夹Wistar 大鼠视神经硬膜鞘内的眼动脉成功制作了鼠的缺血再灌注损伤模型, 研究神经保护因子热休克蛋白27保护缺血再灌注损伤所诱导的视网膜神经节细胞凋亡的发生。Yokoyama 等[16]将5 μL的外源性热休克蛋白27 的溶液注入缺血60 min的Wistar 大鼠的玻璃体腔中,再利用电穿孔技术将热休克蛋白27 导入视网膜神经节细胞中,发现热休克蛋白27能明显增强视网膜神经节细胞抵御由于缺血再灌注损伤所诱导的视网膜神经节细胞凋亡的发生。
本实验所用的甲基强的松龙是一种合成的糖皮质激素,在本实验中注射甲基强的松龙后的大鼠,无论在移植嗅鞘细胞之前还是之后,与相应对照组比较热休克蛋白27皆上调。甲基强的松龙上调热休克蛋白27可能是其保护受损视网膜神经节细胞的机制之一。在以往的文献报道中[17],其注入血液后通过扩散作用透过细胞膜,并与胞浆内甲基强的松龙受体的激素结合区结合,此时作为甲基强的松龙受体分子伴侣的热休克蛋白90,热休克蛋白70以及一些小分子蛋白从甲基强的松龙受体解离,然后甲基强的松龙与受体结合物进入胞核,转录合成特定蛋白,发挥其药理效应,而从甲基强的松龙受体上解离下来的热休克蛋白,在胞浆发挥其保护细胞的作用。但至今还没有报道,甲基强的松龙受体复合物中有热休克蛋白27的存在,所以甲基强的松龙如何上调热休克蛋白27的具体机制需进一步实验加以证明。
热休克蛋白27具有保护视网膜神经节细胞的能力[18],在大脑皮质的研究中发现,胶质细胞中热休克蛋白27的表达可能促进皮质神经元的存活和出芽再生[19],都说明了热休克蛋白27具有中枢神经保护作用。本实验的实验结果显示,甲基强的松龙使受损视网膜神经节细胞的存活率升高与热休克蛋白27上调趋势一致,但其中具体的分子机制需要进一步的实验加以探索。
4 参考文献
Bracken MB, Shepard MJ, Collins WF Jr, et al.Methylprednisolone or naloxone treatment after acute spinal cord injury: 1-year follow-up data. Results of the second National Acute Spinal Cord Injury Study.J Neurosurg 1992;76(1):23-31
Lammertse DP. Update on pharmaceutical trials in acute spinal cord injury. J Spinal Cord Med 2004;27(4):319-325
Liu D, Li L, Augustus L. Prostaglandin release by spinal cord injury mediates production of hydroxyl radical, malondialdehyde and cell death: a site of the neuroprotective action of methylprednisolone. J Neurochem 2001;77(4):1036-1047
Nash HH, Borke RC, Anders JJ. Ensheathing cells and methylprednisolone promote axonal regeneration and functional recovery in the lesioned adult rat spinal cord. J Neurosci 2002;22(16):7111-7120
Sharma A, Tiwari R, Badhe P, et al.Comparison of methylprednisolone with dexamethasone in treatment of acute spinal injury in rats. Indian J Exp Biol 2004;42(5):476-480
Anderson RL, Panje WR, Gross CE.Optic nerve blindness following blunt forehead trauma.Ophthalmology 1982;89(5):445-455
Spoor TC, Har WC, Lensink DB, et al.Treatment of traumatic optic neuropathy with corticosteroids.Am J Ophthalmol 1990;110(6):665-669
Cook MW, Levin LA, Joseph MP, et al.Traumatic optic neuropathy. A meta-analysis.Arch Otolaryngol Head Neck Surg 1996;122(4):389-392
Trobe JD, Sieving PC, Guire KE, et al.The impact of the optic neuritis treatment trial on the practices of ophthalmologists and neurologists. Ophthalmology 1999;106(11):2047-2053
Kato T, Honmou O, Uede T, et al.Transplantation of human olfactory ensheathing cells elicits remyelination of demyelinated rat spinal cord. Glia 2000;30(3):209-218
Guntinas-Lichius O, Angelov DN, Tomov TL, et al.Transplantation of olfactory ensheathing cells stimulates the collateral sprouting from axotomized adult rat facial motoneurons. Exp Neurol 2001;172(1):70-80
Radtke C, Akiyama Y, Brokaw J, et al.Remyelination of the nonhuman primate spinal cord by transplantation of H-transferase transgenic adult pig olfactory ensheathing cells. FASEB J 2004;18(2):335-337
Orti E, Bodwell JE, Munck A.Phosphorylation of steroid hormone receptors.Endocr Rev 1992;13(1):105-128
赵君朋,雷季良,杨磊,等.新生大鼠嗅球纤维层组织移植促进受损视网膜节细胞存活和再生的研究[J].神经解剖学杂志,2004,20(1):41-47
Wataba K, Saito T, Fukunaka K,et al.Over-expression of heat shock proteins in carcinogenic endometrium.Int J Cancer 2001;91(4):448-456
Yokoyama A, Oshitari T, Negishi H, et al.Protection of retinal ganglion cells from ischemia-reperfusion injury by electrically applied Hsp27. t Ophthalmol Vis Sci 2001;42(13):3283-3286
Renkawek K, Bosman GJ, de Jong WW.Expression of small heat-shock protein hsp 27 in reactive gliosis in Alzheimer disease and other types of dementia.Acta Neuropathol (Berl) 1994;87(5):511-519
Krueger-Naug AM, Emsley JG, Myers TL, et al.Injury to retinal ganglion cells induces expression of the small heat shock protein Hsp27 in the rat visual system. Neuroscience 2002;110(4):653-665
Anguelova E, Smirnova T. Differential expression of small heat shock protein 27 in the rat hippocampus and septum after fimbria-fornix lesion. Neurosci Lett 2000;280(2):99-102