引用本文: 陳渝, 鄧忠良, 翁政, 陳詩謀, 童偉. NGF/MAG雙基因共表達腺病毒修復大鼠周圍神經損傷的實驗研究. 中國修復重建外科雜志, 2016, 30(8): 1026-1033. doi: 10.7507/1002-1892.20160206 復制
髓磷脂相關糖蛋白(myelin associated glycoprotein,MAG)是髓磷脂的重要組成部分,是神經軸突再生的強力抑制因子。研究顯示,在慢性壓縮性神經損傷誘發的神經軸突萌芽中MAG表達下降[1]。體外實驗發現,MAG不僅抑制神經軸突生長,也能有效降低周圍神經損傷后軸突異常分支形成[2]。NGF可有效促進神經生長,但新生神經組織結構紊亂,神經功能恢復差[3-4]。能否通過NGF與MAG二者協同作用,達到既促進受損神經組織修復,又抑制神經軸突異常增生,從而促進神經組織結構修復和功能重建,目前尚罕見相關報道。本研究擬構建NGF/MAG雙基因共表達腺病毒(adenovirus exp res sing NGF and MAG,Ad-NGF-MAG),探討其在大鼠坐骨神經損傷修復與再生中的作用。報告如下。
1 材料與方法
1.1 實驗動物及主要試劑、儀器
雄性SD大鼠37只,體質量180~200 g,由重慶醫科大學實驗動物中心提供。人HEK293細胞株由重慶醫科大學病理生理研究室提供。
5型腺病毒穿梭質粒pCA13、骨架質粒pBHGE3(Microbix Biosystems公司,加拿大);核酸限制性內切酶XbaⅠ、NheⅠ、BamHⅠ、SalⅠ、EcoRⅠ、ClaⅠ以及T4 DNA連接酶(TaKaRa公司,日本);溶菌酶、氯化銫(Sigma公司,美國);Taq DNA聚合酶(Promega公司,美國);丙烯酰胺、N’N’-亞甲基雙丙烯酰胺、Tris-base、甘氨酸、SDS(Amresco公司,美國);瓊脂糖凝膠(BIOWEST公司,法國);Trizol、脂質體LTX and Plus(LIPOFECTAMINETM LTX and Plus Reagent)RNase A、M-MLV Reverse Transcriptase、Ribonuclerase Inhibitor、Lipofectamine2000轉染試劑(Invitrogen公司,美國);TritonX-100(Fluka公司,美國);Anti-MAG(ab89780)、Anti-NGF(ab6199)一抗(Abcam公司,英國);anti-β-GAPDH一抗(ProteinTech公司,美國);DL2000、DL15000、MarkerⅢ、質粒小量提取試劑盒和大量提取試劑盒、DNA快速純化回收試劑盒[天根生化科技(北京)有限公司];山羊抗兔二抗(北京中杉金橋生物技術有限公司);EasyPfu DNA Polymerase(北京全式金生物技術有限公司);BCA蛋白濃度測定試劑盒[威格拉斯生物技術(北京)有限公司]。
冷凍臺式離心機(Hettich公司,德國);MJ PTC-100型PCR儀(東勝創新生物科技有限公司);CO2培養箱、Nanodrop 1000型分光光度計(Thermo Scientific公司,美國);—80℃冰箱(Sanyo公司,日本);TE2000-U顯微鏡(Nikon公司,日本);BX51顯微鏡(Olympus公司,日本);JEM1230透射電鏡(JEOL公司,日本);MYTO肌電圖儀(Esaote公司,意大利);HPIAS-1000高清晰度彩色病理圖像分析系統(武漢長海科技有限責任公司);電泳儀(北京市六一儀器廠)。引物合成、測序均由上海生工生物工程有限公司完成。
1.2 構建Ad-NGF-EGFP和Ad-NGF-MAG-EGFP質粒
1.2.1 pCA13-SV40 promoter-EGFP質粒構建
通過PCR擴增分別得到XbaⅠ-SV40 promoter-NheⅠ和NheⅠ-EGFP-BamHⅠ,用XbaⅠ和NheⅠ雙酶切SV40 promoter,用NheⅠ和BamHⅠ雙酶切EGFP,并用XbaⅠ和BamHⅠ雙酶切pCA13。將SV40 promoter和EGFP同時連接至pCA13,得到pCA13-SV40 promoter-EGFP質粒,并酶切鑒定。
1.2.2 pCA13-NGF-EGFP質粒構建
通過PCR擴增得到SalⅠ-NGF-EcoRⅠ,用SalⅠ和EcoRⅠ雙酶切NGF。用SalⅠ和EcoRⅠ雙酶切pCA13-SV40 promoter-EGFP質粒。將NGF連接至pCA13-SV40 promoter-EGFP,得到pCA13-NGF-EGFP質粒,并酶切鑒定。
1.2.3 大鼠MAG基因擴增
取5只SD大鼠坐骨神經,提取mRNA,逆轉錄為cDNA,使用高保真Taq酶擴增MAG基因;l%瓊脂糖凝膠電泳及基因測序觀察。
1.2.4 pCA13-NGF-MAG-EGFP質粒構建
通過PCR擴增分別得到EcoRⅠ-IRES-ClaⅠ和ClaⅠ-MAG-XbaⅠ,用EcoRⅠ和ClaⅠ雙酶切IRES,用ClaⅠ和XbaⅠ雙酶切MAG。用EcoRⅠ和XbaⅠ雙酶切pCA13-NGF-EGFP質粒。將IRES和MAG同時連接至pCA13-NGF-EGFP后,得到pCA13-NGF-MAG-EGFP質粒,并酶切鑒定。
1.2.5 Ad-NGF及Ad-NGF-MAG包裝、鑒定、純化及滴度測定
將pCA13-NGF-EGFP、pCA13-NGF-MAG-EGFP質粒及骨架質粒pBHGE3用Lipofectamine 2000共轉染HEK293細胞株擴增,分離獲得Ad-NGF及Ad-NGF-MAG,提取病毒DNA,并以其為模板,加入鑒定引物行PCR擴增,將PCR產物于1%瓊脂糖凝膠電泳,凝膠圖像分析儀上觀察。
病毒包裝后48 h,倒置熒光顯微鏡下觀察HEK293細胞。然后,收集細胞,提取HEK293細胞mRNA,并以將其逆轉錄為cDNA,RT-PCR檢測NGF和MAG mRNA表達;Western blot檢測NGF和MAG蛋白表達。氯化銫密度梯度離心法純化濃縮重組腺病毒Ad-NGF和Ad-NGF-MAG,經4℃,60 000×g高速離心6 h后,按Karbers公式計算病毒滴度。
1.3 動物模型建立及分組
取32只SD大鼠,隨機分成4組(n=8):對照組、空病毒組(Ad組)、單獨表達NGF組(Ad-NGF組)和共表達NGF和MAG組(Ad-NGF-MAG組)。
Ad組、Ad-NGF組及Ad-NGF-MAG組參考文獻[4-5]方法制備大鼠坐骨神經損傷模型。大鼠腹腔注射5%戊巴比妥(40 mg/kg)麻醉,俯臥固定。無菌條件下于右后肢作長約2 cm斜切口,鈍性分離皮下,沿股后外側肌間隙鈍性分離至腘上緣,顯露右側坐骨神經約2 cm。距梨狀肌下緣0.8 cm處切斷坐骨神經,在l0倍手術顯微鏡下以11-0無創尼龍針線縫合,關閉切口。對照組大鼠麻醉后暴露右側坐骨神經,不作其他處理。
術后對照組于術側腓腸肌注射生理鹽水(100 μL),Ad組、Ad-NGF組和Ad-NGF-MAG組分別注射空腺病毒、Ad-NGF及Ad-NGF-MAG,劑量為1×108 PFU;隔天1次,共注射3次。所有大鼠均正常喂養。
1.4 觀測指標
1.4.1 一般情況
術后觀察大鼠步態、足趾潰瘍發生情況及切口愈合時間。
1.4.2 坐骨神經功能指數(sciatic nerve function index,SFI)檢測
1.4.3 神經電生理檢測
術后31 d,參照文獻[7]方法進行神經電生理檢測。分離各組大鼠坐骨神經、腓總神經及脛前肌,于損傷處近端置入3個相距5 mm的刺激電極,由近到遠分別標記為S1、S2、S3,刺激時使正極在神經干近端,于脛前肌肌腹中插入2個引導電極和1個接地電極。先在S1、S2處應用不同強度的電流刺激神經,記錄刺激脈沖開始時到肌肉動作電位產生所需時間(刺激神經干誘發出動作電位的潛伏期)。同樣再在S2、S3進行刺激和測定。按以下公式計算神經傳導速度(nerve conductive ve loc ity,NCV),NCV=近端刺激點與遠端刺激點的距離/(近端點刺激時誘發電位的潛伏期-遠端點刺激時誘發電位的潛伏期)。同時記錄誘發電位波幅。
1.4.4 RT-PCR檢測NGF和MAG mRNA表達
以上檢測完成后,各組大鼠以3.5%水合氯醛(1 mL/100 g)腹腔注射麻醉,固定于解剖臺,剪開腹腔、胸腔和右心耳,左心室插管,脈沖灌注泵快速灌入生理鹽水,待肝臟變白后用含3%中性甲醛、2%戊二醛的PBS灌注液(pH7.3)200 mL固定,無菌條件下切取坐骨神經吻合處及其遠端1 cm組織。采用Trizol提取坐骨神經總RNA,逆轉錄為cDNA。設計NGF和MAG的擴增引物。引物序列:NGF上游引物:5’-TGTCCCTGAAGCCCACTG-3’,下游引物:5’-TCCTTGCCCTTGATGTCC-3’,擴增片段大小為375 bp;MAG上游引物:5’-GTGGCAGGAACGGAAGTA-3’,下游引物:5’-CATCCCGCATCCAAGTCA-3’,擴增片段大小為382 bp。PCR產物在1%瓊脂糖凝膠電泳,90 V電壓電泳,EB染色,凝膠數字掃描成像系統照相并測定條帶積分吸光度(IA)值。
1.4.5 Western blot檢測NGF和MAG蛋白表達
取1.4.4獲得的各組部分神經標本,按照100 mg神經組織:1 mL細胞裂解液的比例,4℃冰浴勻漿,提取總蛋白,進行蛋白定量。每孔加入40 μg蛋白進行SDS-PAGE凝膠電泳,將分離后的蛋白條帶轉至硝酸纖維膜上,封閉液室溫封閉2 h,按1:200分別加入兔抗鼠NGF多克隆抗體、兔抗鼠MAG多克隆抗體和兔抗鼠GAPDH多克隆抗體,37℃孵育2 h,PBST洗膜,按1:400加入二抗,37℃孵育2 h,化學發光試劑反應2 min,發光成像儀成像并測定條帶灰度值。
1.4.6 組織學觀測
取1.4.4獲得的各組部分神經標本置于10%甲醛固定,常規石蠟包埋,縱行連續切片,片厚5 μm。常規HE染色,于鏡下觀察神經纖維層次、斷端神經纖維再生及局部神經纖維髓鞘再生情況,非神經細胞、無髓和有髓神經軸突再生情況。采用HPIAS-1000高清晰度彩色病理圖像分析系統,測量神經橫切面軸突直徑、髓鞘厚度,并行神經纖維計數。
1.5 統計學方法
采用SPSS13.0統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示,組間比較采用方差分析,兩兩比較采用SNK檢驗;檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 重組質粒及腺病毒鑒定
2.1.1 pCA13-SV40 promoter-EGFP鑒定
通過XbaⅠ和BamHⅠ雙酶切pCA13-SV40 promoter-EGFP質粒得到大小為6 926 bp和1 110 bp的產物SV40 promoter與EGFP;通過NheⅠ和BamHⅠ雙酶切pCA13-SV40 promoter-EGFP質粒得到大小為7 310 bp和726 bp的產物EGFP;通過XbaⅠ和NheⅠ雙酶切pCA13-SV40 promoter-EGFP質粒得到大小為7 652 bp和384 bp的產物SV40 promoter;酶切結果顯示SV40 promoter和EGFP正確構建至pCA13載體。見圖 1a。

2.1.2 pCA13-NGF-EGFP質粒鑒定
通過SalⅠ和EcoRⅠ雙酶切pCA13-NGF-EGFP質粒得到大小為8 030 bp和726 bp的產物NGF;酶切結果顯示NGF正確構建至pCA13-SV40 promoter-EGFP載體(圖 1b)。
2.1.3 大鼠MAG基因鑒定
通過PCR從大鼠神經組織內擴增MAG基因。電泳結果顯示得到大小為1 881 bp的條帶(圖 1c)。將PCR產物回收后進行測序,測序結果表明其為大鼠MAG基因(圖 1d)。
2.1.4 pCA13-NGF-MAG-EGFP質粒鑒定
通過ClaⅠ和XbaⅠ雙酶切pCA13-NGF-MAG-EGFP質粒得到大小為9 359 bp和1 881 bp的產物MAG;通過SalⅠ和ClaⅠ雙酶切pCA13-NGF-MAG-EGFP質粒得到大小為9 910 bp和1 335 bp的產物NGF和IRES;通過HindⅢ和ClaⅠ雙酶切pCA13-NGF-MAG-EGFP質粒得到產物大小為10 893 bp和352 bp的部分IRES(圖 1e);酶切結果顯示IRES和MAG正確構建至pCA13-NGF-EGFP載體。
2.1.5 Ad-NGF和Ad-NGF-MAG包裝、鑒定、純化及滴度測定
病毒包裝后48 h,倒置熒光顯微鏡下可見大量綠色熒光,HEK293細胞變圓腫脹、透亮和成團漂浮(圖 2)。
RT-PCR及Western blot檢測示,Ad-NGF-MAG病毒感染的細胞內檢測出MAG mRNA及蛋白表達;Ad-NGF和Ad-NGF-MAG病毒感染的細胞內均能檢測NGF mRNA及蛋白表達。見圖 3、4。

氯化銫密度梯度離心法純化濃縮重組腺病毒Ad-NGF和Ad-NGF-MAG,離心后可見白色病毒層。按Karbers公式計算病毒滴度,Ad-NGF為7.3× 108 PFU/mL,Ad-NGF-MAG為8.56×108 PFU/ mL。
2.2 一般情況
32只大鼠術后均成活,切口Ⅰ期愈合,無感染發生。模型制備后,Ad組、Ad-NGF組和Ad-NGF-MAG組大鼠即出現術側后肢跛行、腳趾并攏;術后3周開始出現足部皮膚紅腫、足跟潰瘍等失神經支配表現,損傷神經支配區域肌肉萎縮明顯;術后4周Ad-NGF-MAG組大鼠足部皮膚紅腫消失,感覺障礙、肌肉萎縮程度較Ad組和Ad-NGF組輕。
2.3 SFI檢測
對照組、Ad組、Ad-NGF組、Ad-NGF-MAG組的SFI分別為—9.62±1.86、—49.26±2.93、—34.99±2.15、—28.66±1.91。Ad-NGF-MAG組明顯優于Ad組和Ad-NGF組,但未達對照組水平,比較差異均有統計學意義(P < 0.05)。
2.4 神經電生理檢測
神經電生理檢測顯示Ad-NGF-MAG組NCV、誘發電位波幅、潛伏期均明顯優于Ad-NGF組和Ad組,但未達對照組水平,比較差異均有統計學意義(P < 0.05)。見表 1。

2.5 RT-PCR檢測NGF與MAG mRNA表達
RT-PCR檢測顯示,對照組、Ad組、Ad-NGF組、Ad-NGF-MAG組MAG mRNA相對表達量分別為22.02±0.20、18.23±0.12、20.62±0.08、72.82±0.41;NGF mRNA相對表達量分別為19.46±0.16、17.41±0.09、71.32±0.11、74.53±0.53。Ad-NGF-MAG組MAG mRNA相對表達量最高,對照組高于Ad組和Ad-NGF組;Ad-NGF組和Ad-NGF-MAG組NGF mRNA相對表達量均高于對照組和Ad組;組間MAG及NGF mRNA相對表達量比較,差異均有統計學意義(P < 0.05)。見圖 5。
2.6 Western blot檢測NGF與MAG蛋白表達
Weatern blot檢測顯示,對照組、Ad組、Ad-NGF組、Ad-NGF-MAG組MAG蛋白相對表達量分別為51.31±0.88、23.25±1.35、25.61±1.10、68.74±1.89;NGF蛋白相對表達量分別為24.57±1.52、22.86±1.44、51.48±1.36、54.15±2.59。Ad-NGF-MAG組MAG蛋白表達最高,對照組高于Ad組和Ad-NGF組;Ad-NGF組和Ad-NGF-MAG組NGF蛋白表達均高于對照組和Ad組;組間MAG及NGF蛋白相對表達量比較,差異均有統計學意義(P < 0.05)。見圖 6。
2.7 組織學觀測
組織學觀察顯示,對照組神經連續性好;Ad組神經纖維層次混亂,斷端神經纖維再生差,斷端神經纖維基本無聯系,且局部可見較多炎性細胞浸潤,局部神經纖維髓鞘再生不明顯;Ad-NGF組神經纖維層次結構清晰,局部斷端再生良好,部分神經纖維已經形成聯系,神經纖維髓鞘再生良好,未見明顯炎性細胞浸潤,但神經纖維結構紊亂;Ad-NGF-MAG組神經纖維生長有序,神經直徑較Ad-NGF組粗,神經纖維結構良好。見圖 7。
Ad-NGF-MAG組神經纖維數、軸突直徑、髓鞘厚度均優于Ad組和Ad-NGF組,但尚未達對照組正常水平,比較差異均有統計學意義(P < 0.05)。見表 2。

3 討論
周圍神經發生截斷性損傷后,在損傷遠端雪旺細胞釋放的多種神經因子誘導下,神經損傷部位會生長出大量神經軸突分支以促進神經纖維再生。由于新生神經軸突分支缺乏正確識別遠端雪旺細胞的能力,會向不同的雪旺細胞延伸,導致神經過度支配、神經錯誤連接,影響神經生理功能恢復。因此,神經軸突分支能否與遠端雪旺細胞正確連接,對于神經生理功能恢復至關重要。
MAG選擇性定位于雪旺細胞和少突膠質細胞膜,屬于免疫球蛋白超家族成員,包括5個細胞外免疫球蛋白樣區域、1個胞內區域和1個跨膜區域,其抑制作用的位點是在Ig5區[7]。既往報道主要關注于MAG的體外軸突抑制作用,但DeBellard等[8]認為MAG對不同神經元有不同作用,并且在雪旺細胞與軸突的相互作用以及維持軸突、髓鞘等方面起重要作用。在周圍神經系統中,MAG作為一種黏附分子能促進神經細胞遷移,介導膠質細胞、軸突間的交流,在早期主要參與調控軸突生長導向,促進軸突生長,后期則表現為抑制軸突過度生長[9]。MAG通過與神經元及軸突胞膜上表達的NgR受體復合體結合啟動抑制信號的跨膜轉導[10],并通過Rho/Rho激酶通路發揮作用[11],對軸突生長表現為雙向調節作用[12]。研究發現,MAG可促進軸突成熟、存活及髓鞘能力[13],也可抑制軸突過度生長。Tomita等[2]在切斷大鼠坐骨神經后局部應用MAG,結果顯示其能促進神經功能恢復,而且抑制了軸突的異常分支生長,并非單純使軸突生長錐塌陷抑制軸突生長。
NGF是神經系統最重要的活性物質之一,對神經系統的發育及促進再生等具有重要作用[14]。NGF可促進神經損傷后再生,但同時也存在新生神經纖維排列紊亂,分支較多,纖維細小,神經生理功能恢復差等問題[15-17]。由此可見,單獨使用NGF雖可促進神經纖維組織損傷后再生,但神經纖維功能卻恢復不佳;MAG具有雙向調節神經生長功能,有利于神經功能恢復[18]。據此本實驗探討了以腺病毒為載體,將NGF和MAG通過腺病毒載體共同導入損傷部位,觀察NGF和MAG持續性共同表達在神經損傷修復中的效果。結果顯示,與Ad組相比,Ad-NGF組和Ad-NGF-MAG組神經纖維再生明顯,但Ad-NGF組新生神經纖維排列紊亂,Ad-NGF-MAG組新生神經纖維排列整齊;神經電生理檢測顯示Ad-NGF-MAG組NCV和誘發電位波幅均優于Ad-NGF組,表明Ad-NGF-MAG組神經電生理功能恢復優于Ad-NGF組;同時Ad-NGF-MAG組SFI顯著優于Ad-NGF組,提示Ad-NGF-MAG組坐骨神經生理功能優于Ad-NGF組。
綜上述,在坐骨神經損傷后修復再生過程中,腺病毒介導NGF與MAG共表達,既可促進神經纖維生長,又可抑制神經異常分支形成,共同促進神經結構與功能的恢復,為進一步探討周圍神經損傷后修復奠定了實驗基礎。
髓磷脂相關糖蛋白(myelin associated glycoprotein,MAG)是髓磷脂的重要組成部分,是神經軸突再生的強力抑制因子。研究顯示,在慢性壓縮性神經損傷誘發的神經軸突萌芽中MAG表達下降[1]。體外實驗發現,MAG不僅抑制神經軸突生長,也能有效降低周圍神經損傷后軸突異常分支形成[2]。NGF可有效促進神經生長,但新生神經組織結構紊亂,神經功能恢復差[3-4]。能否通過NGF與MAG二者協同作用,達到既促進受損神經組織修復,又抑制神經軸突異常增生,從而促進神經組織結構修復和功能重建,目前尚罕見相關報道。本研究擬構建NGF/MAG雙基因共表達腺病毒(adenovirus exp res sing NGF and MAG,Ad-NGF-MAG),探討其在大鼠坐骨神經損傷修復與再生中的作用。報告如下。
1 材料與方法
1.1 實驗動物及主要試劑、儀器
雄性SD大鼠37只,體質量180~200 g,由重慶醫科大學實驗動物中心提供。人HEK293細胞株由重慶醫科大學病理生理研究室提供。
5型腺病毒穿梭質粒pCA13、骨架質粒pBHGE3(Microbix Biosystems公司,加拿大);核酸限制性內切酶XbaⅠ、NheⅠ、BamHⅠ、SalⅠ、EcoRⅠ、ClaⅠ以及T4 DNA連接酶(TaKaRa公司,日本);溶菌酶、氯化銫(Sigma公司,美國);Taq DNA聚合酶(Promega公司,美國);丙烯酰胺、N’N’-亞甲基雙丙烯酰胺、Tris-base、甘氨酸、SDS(Amresco公司,美國);瓊脂糖凝膠(BIOWEST公司,法國);Trizol、脂質體LTX and Plus(LIPOFECTAMINETM LTX and Plus Reagent)RNase A、M-MLV Reverse Transcriptase、Ribonuclerase Inhibitor、Lipofectamine2000轉染試劑(Invitrogen公司,美國);TritonX-100(Fluka公司,美國);Anti-MAG(ab89780)、Anti-NGF(ab6199)一抗(Abcam公司,英國);anti-β-GAPDH一抗(ProteinTech公司,美國);DL2000、DL15000、MarkerⅢ、質粒小量提取試劑盒和大量提取試劑盒、DNA快速純化回收試劑盒[天根生化科技(北京)有限公司];山羊抗兔二抗(北京中杉金橋生物技術有限公司);EasyPfu DNA Polymerase(北京全式金生物技術有限公司);BCA蛋白濃度測定試劑盒[威格拉斯生物技術(北京)有限公司]。
冷凍臺式離心機(Hettich公司,德國);MJ PTC-100型PCR儀(東勝創新生物科技有限公司);CO2培養箱、Nanodrop 1000型分光光度計(Thermo Scientific公司,美國);—80℃冰箱(Sanyo公司,日本);TE2000-U顯微鏡(Nikon公司,日本);BX51顯微鏡(Olympus公司,日本);JEM1230透射電鏡(JEOL公司,日本);MYTO肌電圖儀(Esaote公司,意大利);HPIAS-1000高清晰度彩色病理圖像分析系統(武漢長海科技有限責任公司);電泳儀(北京市六一儀器廠)。引物合成、測序均由上海生工生物工程有限公司完成。
1.2 構建Ad-NGF-EGFP和Ad-NGF-MAG-EGFP質粒
1.2.1 pCA13-SV40 promoter-EGFP質粒構建
通過PCR擴增分別得到XbaⅠ-SV40 promoter-NheⅠ和NheⅠ-EGFP-BamHⅠ,用XbaⅠ和NheⅠ雙酶切SV40 promoter,用NheⅠ和BamHⅠ雙酶切EGFP,并用XbaⅠ和BamHⅠ雙酶切pCA13。將SV40 promoter和EGFP同時連接至pCA13,得到pCA13-SV40 promoter-EGFP質粒,并酶切鑒定。
1.2.2 pCA13-NGF-EGFP質粒構建
通過PCR擴增得到SalⅠ-NGF-EcoRⅠ,用SalⅠ和EcoRⅠ雙酶切NGF。用SalⅠ和EcoRⅠ雙酶切pCA13-SV40 promoter-EGFP質粒。將NGF連接至pCA13-SV40 promoter-EGFP,得到pCA13-NGF-EGFP質粒,并酶切鑒定。
1.2.3 大鼠MAG基因擴增
取5只SD大鼠坐骨神經,提取mRNA,逆轉錄為cDNA,使用高保真Taq酶擴增MAG基因;l%瓊脂糖凝膠電泳及基因測序觀察。
1.2.4 pCA13-NGF-MAG-EGFP質粒構建
通過PCR擴增分別得到EcoRⅠ-IRES-ClaⅠ和ClaⅠ-MAG-XbaⅠ,用EcoRⅠ和ClaⅠ雙酶切IRES,用ClaⅠ和XbaⅠ雙酶切MAG。用EcoRⅠ和XbaⅠ雙酶切pCA13-NGF-EGFP質粒。將IRES和MAG同時連接至pCA13-NGF-EGFP后,得到pCA13-NGF-MAG-EGFP質粒,并酶切鑒定。
1.2.5 Ad-NGF及Ad-NGF-MAG包裝、鑒定、純化及滴度測定
將pCA13-NGF-EGFP、pCA13-NGF-MAG-EGFP質粒及骨架質粒pBHGE3用Lipofectamine 2000共轉染HEK293細胞株擴增,分離獲得Ad-NGF及Ad-NGF-MAG,提取病毒DNA,并以其為模板,加入鑒定引物行PCR擴增,將PCR產物于1%瓊脂糖凝膠電泳,凝膠圖像分析儀上觀察。
病毒包裝后48 h,倒置熒光顯微鏡下觀察HEK293細胞。然后,收集細胞,提取HEK293細胞mRNA,并以將其逆轉錄為cDNA,RT-PCR檢測NGF和MAG mRNA表達;Western blot檢測NGF和MAG蛋白表達。氯化銫密度梯度離心法純化濃縮重組腺病毒Ad-NGF和Ad-NGF-MAG,經4℃,60 000×g高速離心6 h后,按Karbers公式計算病毒滴度。
1.3 動物模型建立及分組
取32只SD大鼠,隨機分成4組(n=8):對照組、空病毒組(Ad組)、單獨表達NGF組(Ad-NGF組)和共表達NGF和MAG組(Ad-NGF-MAG組)。
Ad組、Ad-NGF組及Ad-NGF-MAG組參考文獻[4-5]方法制備大鼠坐骨神經損傷模型。大鼠腹腔注射5%戊巴比妥(40 mg/kg)麻醉,俯臥固定。無菌條件下于右后肢作長約2 cm斜切口,鈍性分離皮下,沿股后外側肌間隙鈍性分離至腘上緣,顯露右側坐骨神經約2 cm。距梨狀肌下緣0.8 cm處切斷坐骨神經,在l0倍手術顯微鏡下以11-0無創尼龍針線縫合,關閉切口。對照組大鼠麻醉后暴露右側坐骨神經,不作其他處理。
術后對照組于術側腓腸肌注射生理鹽水(100 μL),Ad組、Ad-NGF組和Ad-NGF-MAG組分別注射空腺病毒、Ad-NGF及Ad-NGF-MAG,劑量為1×108 PFU;隔天1次,共注射3次。所有大鼠均正常喂養。
1.4 觀測指標
1.4.1 一般情況
術后觀察大鼠步態、足趾潰瘍發生情況及切口愈合時間。
1.4.2 坐骨神經功能指數(sciatic nerve function index,SFI)檢測
1.4.3 神經電生理檢測
術后31 d,參照文獻[7]方法進行神經電生理檢測。分離各組大鼠坐骨神經、腓總神經及脛前肌,于損傷處近端置入3個相距5 mm的刺激電極,由近到遠分別標記為S1、S2、S3,刺激時使正極在神經干近端,于脛前肌肌腹中插入2個引導電極和1個接地電極。先在S1、S2處應用不同強度的電流刺激神經,記錄刺激脈沖開始時到肌肉動作電位產生所需時間(刺激神經干誘發出動作電位的潛伏期)。同樣再在S2、S3進行刺激和測定。按以下公式計算神經傳導速度(nerve conductive ve loc ity,NCV),NCV=近端刺激點與遠端刺激點的距離/(近端點刺激時誘發電位的潛伏期-遠端點刺激時誘發電位的潛伏期)。同時記錄誘發電位波幅。
1.4.4 RT-PCR檢測NGF和MAG mRNA表達
以上檢測完成后,各組大鼠以3.5%水合氯醛(1 mL/100 g)腹腔注射麻醉,固定于解剖臺,剪開腹腔、胸腔和右心耳,左心室插管,脈沖灌注泵快速灌入生理鹽水,待肝臟變白后用含3%中性甲醛、2%戊二醛的PBS灌注液(pH7.3)200 mL固定,無菌條件下切取坐骨神經吻合處及其遠端1 cm組織。采用Trizol提取坐骨神經總RNA,逆轉錄為cDNA。設計NGF和MAG的擴增引物。引物序列:NGF上游引物:5’-TGTCCCTGAAGCCCACTG-3’,下游引物:5’-TCCTTGCCCTTGATGTCC-3’,擴增片段大小為375 bp;MAG上游引物:5’-GTGGCAGGAACGGAAGTA-3’,下游引物:5’-CATCCCGCATCCAAGTCA-3’,擴增片段大小為382 bp。PCR產物在1%瓊脂糖凝膠電泳,90 V電壓電泳,EB染色,凝膠數字掃描成像系統照相并測定條帶積分吸光度(IA)值。
1.4.5 Western blot檢測NGF和MAG蛋白表達
取1.4.4獲得的各組部分神經標本,按照100 mg神經組織:1 mL細胞裂解液的比例,4℃冰浴勻漿,提取總蛋白,進行蛋白定量。每孔加入40 μg蛋白進行SDS-PAGE凝膠電泳,將分離后的蛋白條帶轉至硝酸纖維膜上,封閉液室溫封閉2 h,按1:200分別加入兔抗鼠NGF多克隆抗體、兔抗鼠MAG多克隆抗體和兔抗鼠GAPDH多克隆抗體,37℃孵育2 h,PBST洗膜,按1:400加入二抗,37℃孵育2 h,化學發光試劑反應2 min,發光成像儀成像并測定條帶灰度值。
1.4.6 組織學觀測
取1.4.4獲得的各組部分神經標本置于10%甲醛固定,常規石蠟包埋,縱行連續切片,片厚5 μm。常規HE染色,于鏡下觀察神經纖維層次、斷端神經纖維再生及局部神經纖維髓鞘再生情況,非神經細胞、無髓和有髓神經軸突再生情況。采用HPIAS-1000高清晰度彩色病理圖像分析系統,測量神經橫切面軸突直徑、髓鞘厚度,并行神經纖維計數。
1.5 統計學方法
采用SPSS13.0統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示,組間比較采用方差分析,兩兩比較采用SNK檢驗;檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 重組質粒及腺病毒鑒定
2.1.1 pCA13-SV40 promoter-EGFP鑒定
通過XbaⅠ和BamHⅠ雙酶切pCA13-SV40 promoter-EGFP質粒得到大小為6 926 bp和1 110 bp的產物SV40 promoter與EGFP;通過NheⅠ和BamHⅠ雙酶切pCA13-SV40 promoter-EGFP質粒得到大小為7 310 bp和726 bp的產物EGFP;通過XbaⅠ和NheⅠ雙酶切pCA13-SV40 promoter-EGFP質粒得到大小為7 652 bp和384 bp的產物SV40 promoter;酶切結果顯示SV40 promoter和EGFP正確構建至pCA13載體。見圖 1a。

2.1.2 pCA13-NGF-EGFP質粒鑒定
通過SalⅠ和EcoRⅠ雙酶切pCA13-NGF-EGFP質粒得到大小為8 030 bp和726 bp的產物NGF;酶切結果顯示NGF正確構建至pCA13-SV40 promoter-EGFP載體(圖 1b)。
2.1.3 大鼠MAG基因鑒定
通過PCR從大鼠神經組織內擴增MAG基因。電泳結果顯示得到大小為1 881 bp的條帶(圖 1c)。將PCR產物回收后進行測序,測序結果表明其為大鼠MAG基因(圖 1d)。
2.1.4 pCA13-NGF-MAG-EGFP質粒鑒定
通過ClaⅠ和XbaⅠ雙酶切pCA13-NGF-MAG-EGFP質粒得到大小為9 359 bp和1 881 bp的產物MAG;通過SalⅠ和ClaⅠ雙酶切pCA13-NGF-MAG-EGFP質粒得到大小為9 910 bp和1 335 bp的產物NGF和IRES;通過HindⅢ和ClaⅠ雙酶切pCA13-NGF-MAG-EGFP質粒得到產物大小為10 893 bp和352 bp的部分IRES(圖 1e);酶切結果顯示IRES和MAG正確構建至pCA13-NGF-EGFP載體。
2.1.5 Ad-NGF和Ad-NGF-MAG包裝、鑒定、純化及滴度測定
病毒包裝后48 h,倒置熒光顯微鏡下可見大量綠色熒光,HEK293細胞變圓腫脹、透亮和成團漂浮(圖 2)。
RT-PCR及Western blot檢測示,Ad-NGF-MAG病毒感染的細胞內檢測出MAG mRNA及蛋白表達;Ad-NGF和Ad-NGF-MAG病毒感染的細胞內均能檢測NGF mRNA及蛋白表達。見圖 3、4。

氯化銫密度梯度離心法純化濃縮重組腺病毒Ad-NGF和Ad-NGF-MAG,離心后可見白色病毒層。按Karbers公式計算病毒滴度,Ad-NGF為7.3× 108 PFU/mL,Ad-NGF-MAG為8.56×108 PFU/ mL。
2.2 一般情況
32只大鼠術后均成活,切口Ⅰ期愈合,無感染發生。模型制備后,Ad組、Ad-NGF組和Ad-NGF-MAG組大鼠即出現術側后肢跛行、腳趾并攏;術后3周開始出現足部皮膚紅腫、足跟潰瘍等失神經支配表現,損傷神經支配區域肌肉萎縮明顯;術后4周Ad-NGF-MAG組大鼠足部皮膚紅腫消失,感覺障礙、肌肉萎縮程度較Ad組和Ad-NGF組輕。
2.3 SFI檢測
對照組、Ad組、Ad-NGF組、Ad-NGF-MAG組的SFI分別為—9.62±1.86、—49.26±2.93、—34.99±2.15、—28.66±1.91。Ad-NGF-MAG組明顯優于Ad組和Ad-NGF組,但未達對照組水平,比較差異均有統計學意義(P < 0.05)。
2.4 神經電生理檢測
神經電生理檢測顯示Ad-NGF-MAG組NCV、誘發電位波幅、潛伏期均明顯優于Ad-NGF組和Ad組,但未達對照組水平,比較差異均有統計學意義(P < 0.05)。見表 1。

2.5 RT-PCR檢測NGF與MAG mRNA表達
RT-PCR檢測顯示,對照組、Ad組、Ad-NGF組、Ad-NGF-MAG組MAG mRNA相對表達量分別為22.02±0.20、18.23±0.12、20.62±0.08、72.82±0.41;NGF mRNA相對表達量分別為19.46±0.16、17.41±0.09、71.32±0.11、74.53±0.53。Ad-NGF-MAG組MAG mRNA相對表達量最高,對照組高于Ad組和Ad-NGF組;Ad-NGF組和Ad-NGF-MAG組NGF mRNA相對表達量均高于對照組和Ad組;組間MAG及NGF mRNA相對表達量比較,差異均有統計學意義(P < 0.05)。見圖 5。
2.6 Western blot檢測NGF與MAG蛋白表達
Weatern blot檢測顯示,對照組、Ad組、Ad-NGF組、Ad-NGF-MAG組MAG蛋白相對表達量分別為51.31±0.88、23.25±1.35、25.61±1.10、68.74±1.89;NGF蛋白相對表達量分別為24.57±1.52、22.86±1.44、51.48±1.36、54.15±2.59。Ad-NGF-MAG組MAG蛋白表達最高,對照組高于Ad組和Ad-NGF組;Ad-NGF組和Ad-NGF-MAG組NGF蛋白表達均高于對照組和Ad組;組間MAG及NGF蛋白相對表達量比較,差異均有統計學意義(P < 0.05)。見圖 6。
2.7 組織學觀測
組織學觀察顯示,對照組神經連續性好;Ad組神經纖維層次混亂,斷端神經纖維再生差,斷端神經纖維基本無聯系,且局部可見較多炎性細胞浸潤,局部神經纖維髓鞘再生不明顯;Ad-NGF組神經纖維層次結構清晰,局部斷端再生良好,部分神經纖維已經形成聯系,神經纖維髓鞘再生良好,未見明顯炎性細胞浸潤,但神經纖維結構紊亂;Ad-NGF-MAG組神經纖維生長有序,神經直徑較Ad-NGF組粗,神經纖維結構良好。見圖 7。
Ad-NGF-MAG組神經纖維數、軸突直徑、髓鞘厚度均優于Ad組和Ad-NGF組,但尚未達對照組正常水平,比較差異均有統計學意義(P < 0.05)。見表 2。

3 討論
周圍神經發生截斷性損傷后,在損傷遠端雪旺細胞釋放的多種神經因子誘導下,神經損傷部位會生長出大量神經軸突分支以促進神經纖維再生。由于新生神經軸突分支缺乏正確識別遠端雪旺細胞的能力,會向不同的雪旺細胞延伸,導致神經過度支配、神經錯誤連接,影響神經生理功能恢復。因此,神經軸突分支能否與遠端雪旺細胞正確連接,對于神經生理功能恢復至關重要。
MAG選擇性定位于雪旺細胞和少突膠質細胞膜,屬于免疫球蛋白超家族成員,包括5個細胞外免疫球蛋白樣區域、1個胞內區域和1個跨膜區域,其抑制作用的位點是在Ig5區[7]。既往報道主要關注于MAG的體外軸突抑制作用,但DeBellard等[8]認為MAG對不同神經元有不同作用,并且在雪旺細胞與軸突的相互作用以及維持軸突、髓鞘等方面起重要作用。在周圍神經系統中,MAG作為一種黏附分子能促進神經細胞遷移,介導膠質細胞、軸突間的交流,在早期主要參與調控軸突生長導向,促進軸突生長,后期則表現為抑制軸突過度生長[9]。MAG通過與神經元及軸突胞膜上表達的NgR受體復合體結合啟動抑制信號的跨膜轉導[10],并通過Rho/Rho激酶通路發揮作用[11],對軸突生長表現為雙向調節作用[12]。研究發現,MAG可促進軸突成熟、存活及髓鞘能力[13],也可抑制軸突過度生長。Tomita等[2]在切斷大鼠坐骨神經后局部應用MAG,結果顯示其能促進神經功能恢復,而且抑制了軸突的異常分支生長,并非單純使軸突生長錐塌陷抑制軸突生長。
NGF是神經系統最重要的活性物質之一,對神經系統的發育及促進再生等具有重要作用[14]。NGF可促進神經損傷后再生,但同時也存在新生神經纖維排列紊亂,分支較多,纖維細小,神經生理功能恢復差等問題[15-17]。由此可見,單獨使用NGF雖可促進神經纖維組織損傷后再生,但神經纖維功能卻恢復不佳;MAG具有雙向調節神經生長功能,有利于神經功能恢復[18]。據此本實驗探討了以腺病毒為載體,將NGF和MAG通過腺病毒載體共同導入損傷部位,觀察NGF和MAG持續性共同表達在神經損傷修復中的效果。結果顯示,與Ad組相比,Ad-NGF組和Ad-NGF-MAG組神經纖維再生明顯,但Ad-NGF組新生神經纖維排列紊亂,Ad-NGF-MAG組新生神經纖維排列整齊;神經電生理檢測顯示Ad-NGF-MAG組NCV和誘發電位波幅均優于Ad-NGF組,表明Ad-NGF-MAG組神經電生理功能恢復優于Ad-NGF組;同時Ad-NGF-MAG組SFI顯著優于Ad-NGF組,提示Ad-NGF-MAG組坐骨神經生理功能優于Ad-NGF組。
綜上述,在坐骨神經損傷后修復再生過程中,腺病毒介導NGF與MAG共表達,既可促進神經纖維生長,又可抑制神經異常分支形成,共同促進神經結構與功能的恢復,為進一步探討周圍神經損傷后修復奠定了實驗基礎。