引用本文: 王玲, 王袁, 張嘉賓, 汪彥輝, 張敏. 依達拉奉對間歇低氧大鼠海馬神經細胞凋亡及凋亡相關蛋白表達的影響. 中國呼吸與危重監護雜志, 2021, 20(9): 632-636. doi: 10.7507/1671-6205.202006030 復制
阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(OSAHS)是常見呼吸系統疾病,可引起神經系統損傷[1]。OSAHS 被視為腦血管病獨立的危險因素,可明顯增加腦血管病的發病幾率[2]。OSAHS 可通過氧化應激、炎癥反應等多種機制對機體造成多種損傷[3]。其中,神經細胞凋亡的發生在 OSAHS 所致神經系統損傷中發揮著重要作用[4]。由線粒體衍生的半胱氨酸蛋白酶激動劑(Smac)與 X 染色體連鎖的凋亡抑制蛋白(XIAP)為內源性及外源性凋亡通路的兩個重要蛋白,在創傷性腦損傷后參與了神經細胞的凋亡調控[5]。目前在間歇低氧腦損傷中對 Smac、XIAP 的相關研究甚少。本研究通過對對照組、5% 間歇低氧組及依達拉奉組凋亡相關蛋白 XIAP 及 Smac 的表達進行研究,擬探討依達拉奉對間歇低氧大鼠腦保護的可能機制。
1 材料與方法
1.1 主要儀器和試劑
Smac 兔抗鼠多克隆抗體、XIAP 兔抗鼠多克隆抗體、DAB 顯色試劑盒、PV6001 試劑盒均購自美國Cell signaling公司;TUNEL 試劑盒(Roche 公司)。
1.2 方法
1.2.1 實驗動物及分組
成年 Wistar 雄性大鼠 96 只,許可證編號 SYXK(冀)2015-0038,體重(180±10)g。大鼠隨機分為 3 組,對照組、5% 間歇低氧組和依達拉奉組,每組設 7 d、14 d、21 d、28 d 四個亞組,每個亞組各 8 只。本實驗通過華北理工大學附屬醫院動物倫理委員會的批準,于華北理工大學附屬醫院實驗室進行,實驗遵循動物管理的規定。
1.2.2 動物模型的制作
間歇低氧組大鼠低氧箱內首先注入氮氣,時間 30 s,流速 10 L/min,使氧濃度由 21% 降至 5%,再注入 40 s 的空氣,流速與氮氣相同,使氧濃度恢復至 21%,再繼續注入 50 s 的空氣,流速降為 5 L/min,使氧濃度維持在 21%,以上 2 min 為周期進行反復循環。采用測氧儀監測低氧箱內氧濃度,使氧濃度在 5%~21% 之間波動,同時采腹主動脈進行血氣分析,隨低氧箱內氧濃度的變化血氣中氧濃度發生改變,證實模型制備成功。依達拉奉組大鼠于實驗進行前半小時尾靜脈注入依達拉奉注射液(3 mg/kg),半小時后置于低氧箱內,與間歇低氧組進行相同實驗。對照組大鼠低氧箱內持續注空氣,其中空氣的氧濃度為 21%。三組大鼠每日進行通氣實驗 7 h,最長持續 28 d。
1.2.3 海馬區活性氧的檢測
采用活性氧檢測試劑盒對實驗大鼠海馬組織的活性氧含量進行檢測。各個時間隨機選 3 只大鼠,水合氯醛麻醉后,斷頭取腦,在干冰上迅速分離海馬組織,稱重、勻漿,取 190 μL 上清液, 加入 10 μL DCFH-DA 工作液(1 mmol/L)進行孵育(37 ℃,30 min)。熒光強度應用熒光化學發光讀數儀進行測定 500 nm 激發波長下的熒光強度。熒光強度/毫克蛋白為活性氧結果。
1.2.4 Smac、XIAP 蛋白免疫組織化學檢測
應用水合氯醛麻醉大鼠后,由左心室灌注進行固定,取出腦組織固定(4% 多聚甲醛固定液),行脫水、透明、包埋、切片、烤片,制備免疫組織化學切片。切片進行脫蠟、脫水、滴加 Smac 抗體、二抗、DAB 顯色、封片等步驟。XIAP 組織化學方法同 Smac。各時間點選取 6 張切片,每張切片選 5 個不同視野(10×40 倍),應用 tic 數碼醫學圖像系統對蛋白進行分析,蛋白表達強弱用積分光密度值表示。
1.2.5 Smac、XIAP 蛋白免疫印跡(Western blot)檢測
按 1.2.3 方法分離海馬組織,組織經研磨提取后應用 BCA 法計算出蛋白的濃度。后進行電泳、轉膜、孵育一抗(Smac 1∶500 稀釋、XIAP 1∶500 稀釋、GAPDH 1∶500 稀釋)等步驟后,應用 BCIP 顯色劑進行顯色。采用 Image J 軟件系統對條帶的光密度值進行分析,該蛋白的表達結果為目的蛋白與內參蛋白光密度值的比值。目的蛋白進行實驗 3 次,結果取平均值。
1.2.6 海馬 CA1 區神經細胞凋亡的判定
腦組織切片脫蠟后,室溫下 3% H2O2(新鮮配置)處理 10 min,TBS 漂洗 3 次,每次漂洗 5 min,37 ℃ 下蛋白酶 K 工作液處理 20 min,TBS 漂洗(漂洗次數及時間同上),滴加 20 μL TUNEL 工作液(37 ℃,70 min,濕盒中),TBS 漂洗(漂洗次數及時間同上),封閉液封閉 30 min(37 ℃),POD-轉化液 20 μL 放于濕盒中(37 ℃,30 min),TBS 漂洗(漂洗次數及時間同上)。DAB 顯色、蘇木素復染等,最后進行封片。各時間點選取 6 張切片,每張切片選 5 個不同視野(10×40 倍)。凋亡指數=細胞凋亡數/細胞總數×100%。
1.3 統計學方法
采用 SPSS 22.0 統計軟件。呈正態分布的計量數據用均數±標準差(±s)表示,多組間比較采用單因素方差分析,兩組間比較應用獨立樣本 t 檢驗。P<0.05 為差異有統計學意義。
2 結果
2.1 各組海馬組織活性氧含量比較
與對照組比較,其余兩組各個時間點活性氧含量增加(均 P<0.05),依達拉奉組活性氧含量與 5% 間歇低氧組比較明顯降低(P<0.05)。結果見表 1。


2.2 各組海馬神經細胞 Smac 蛋白表達比較
免疫組織化學法染色 Smac 蛋白表達以胞漿為主,陽性細胞呈棕黃色或淺黃色。免疫組織化學法及 Western blot 結果顯示:(1)組內比較:對照組 Smac 蛋白表達陽性的細胞較少,無時間差異性(P>0.05);其余兩組 Smac 蛋白表達有明顯的時間差異性(P<0.05),隨間歇低氧時間的延長而增加。(2)組間比較:與對照組比較,其余兩組各個時間點 Smac 蛋白表達增加(均 P<0.05);與 5% 間歇低氧組比較,依達拉奉組 Smac 蛋白表達降低(P<0.05)。結果見表 2、3以及圖 1、2。



a.對照組;b.5% 間歇低氧組;c.依達拉奉組。對照組陽性細胞數少,其余兩組陽性細胞數增多,5% 間歇低氧組陽性細胞數較依達拉奉組多。



2.3 各組海馬神經細胞 XIAP 蛋白表達比較
免疫組織化學法染色 XIAP 蛋白表達以胞漿為主,陽性細胞呈棕黃色或淺黃色。免疫組織化學法及 Western blot 結果顯示:(1)組內比較:對照組 XIAP 蛋白表達陽性的細胞較少,無時間差異性(P>0.05);其余兩組 XIAP 蛋白表達有明顯的時間差異性(P<0.05),其表達先升高后降低,14 d 達高峰(P<0.05),21 d 開始下降(P<0.05)。(2)組間比較:與對照組比較,其余兩組各個時間點 XIAP 蛋白的表達增加(P<0.05);與 5% 間歇低氧組比較,依達拉奉組 XIAP 蛋白的表達明顯增加(P<0.05)。結果見表 4、5以及圖 3、4。




a.對照組;b.5% 間歇低氧組;c.依達拉奉組。對照組陽性細胞數較少,其余兩組陽性細胞數增多,5% 間歇低氧組陽性細胞數較依達拉奉組少。


2.4 各組大鼠海馬神經細胞凋亡的比較
凋亡神經細胞光鏡下形態不規則,呈棕褐色或棕黃色的圓形或橢圓形,非凋亡細胞胞形態較規則,呈藍色。(1)組內比較:對照組各時間點有少量神經細胞凋亡,無時間差異性(P>0.05);其余兩組神經細胞凋亡指數有明顯的時間差異性(P<0.05),隨間歇低氧時間的延長而增加。(2)組間比較:與對照組比較,其余兩組神經細胞凋亡指數均升高(P<0.05);與 5% 間歇低氧組相比,依達拉奉組相同時間點細胞凋亡指數明顯下降(P<0.05)。結果見表 6和圖 5。



a. 對照組;b. 5% 間歇低氧組;c. 依達拉奉組。對照組神經細胞有少量凋亡,其余兩組神經細胞凋亡數目增多,依達拉奉組凋亡細胞數少于 5% 間歇低氧組。
3 討論
OSAHS 會導致慢性間歇性的缺氧,間歇性缺氧可使神經系統損傷導致認知功能下降等[6-7]。間歇低氧神經系統損傷的機制復雜,尚不十分明確,大量研究表明間歇缺氧引起的氧化應激反應是 OSAHS 造成機體損傷的主要機制,氧化應激可進一步誘導炎癥反應、細胞凋亡等的發生[8]。本實驗結果表明間歇低氧可引起活性氧含量及神經細胞凋亡的增加,說明間歇低氧引起了機體的氧化應激反應,誘導了神經細胞的凋亡。這與我們前期實驗結論是一致的[9]。
細胞凋亡過程復雜,需要大量的促進凋亡及抑制凋亡的因子共同參與。其中,Smac 家族是體內重要的促進凋亡的家族,凋亡抑制蛋白家族是體內抑制凋亡作用的家族,可抑制 Caspase 的活性,它包括 XIAP、c-IAP2 等。XIAP 可與Caspase-9、Caspase-3 等結合,進而抑制細胞凋亡[10]。Smac 受到凋亡刺激后,釋放到細胞質內,與凋亡抑制蛋白家族尤其是 XIAP 結合,抑制其活性,進而起到促凋亡的作用[11]。miR-181a 通過降低 Smac 蛋白的表達,增加 XIAP 的表達,進而減少缺血再灌注損傷后神經元的凋亡,從而發揮保護作用[12]。腦創傷后,高血糖通過增加 Smac 的表達,抑制 XIAP 的表達,進而引起神經細胞的凋亡并導致腦損傷[13]。本實驗結果提示間歇低氧損傷后,促凋亡蛋白 Smac 的表達增多,抑制凋亡蛋白 XIAP 表達先增多后下降,導致神經細胞的凋亡增多,造成腦損傷。
依達拉奉可清除氧自由基,減少神經元凋亡,從而減輕神經系統的損傷[14]。對缺血缺氧性腦損傷的研究發現依達拉奉可減少神經元凋亡[15]。對癲癇持續狀態大鼠研究證實,依達拉奉可通過增加 XIAP 蛋白的表達進而減少大鼠神經元凋亡[16]。依達拉奉臨床多用于急性腦損傷,對慢性間歇低氧腦損傷的機制尚不十分明確。本課題組前期研究證實依達拉奉可通過調節突觸相關蛋白的表達進而發揮神經保護作用[17]。本實驗結果顯示,應用依達拉奉治療可降低海馬組織活性氧含量及 Smac 蛋白的表達,升高 XIAP 蛋白的表達,進而減少海馬神經細胞的凋亡。這說明依達拉奉對間歇低氧后神經系統發揮了保護作用,主要機制可能是通過清除氧自由基提高機體抗氧化能力進而調控 Smac 及 XIAP 介導的細胞凋亡,發揮神經元的保護作用。
綜上,依達拉奉通過清除氧自由基提高機體抗氧化能力,減少 Smac 及 XIAP 介導的細胞凋亡,進而發揮神經元的保護作用。但本實驗有不足之處,觀察時間最長 28 d,后期實驗將延長間歇低氧損傷時間進一步深入研究。另外,雖然間歇低氧模型模擬了 OSAHS 患者間歇缺氧的臨床特點,但與臨床患者實際情況仍有區別。因此,OSAHS 患者神經系統損傷及依達拉奉腦保護的機制仍有待研究。
利益沖突:本研究不涉及任何利益沖突。
阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(OSAHS)是常見呼吸系統疾病,可引起神經系統損傷[1]。OSAHS 被視為腦血管病獨立的危險因素,可明顯增加腦血管病的發病幾率[2]。OSAHS 可通過氧化應激、炎癥反應等多種機制對機體造成多種損傷[3]。其中,神經細胞凋亡的發生在 OSAHS 所致神經系統損傷中發揮著重要作用[4]。由線粒體衍生的半胱氨酸蛋白酶激動劑(Smac)與 X 染色體連鎖的凋亡抑制蛋白(XIAP)為內源性及外源性凋亡通路的兩個重要蛋白,在創傷性腦損傷后參與了神經細胞的凋亡調控[5]。目前在間歇低氧腦損傷中對 Smac、XIAP 的相關研究甚少。本研究通過對對照組、5% 間歇低氧組及依達拉奉組凋亡相關蛋白 XIAP 及 Smac 的表達進行研究,擬探討依達拉奉對間歇低氧大鼠腦保護的可能機制。
1 材料與方法
1.1 主要儀器和試劑
Smac 兔抗鼠多克隆抗體、XIAP 兔抗鼠多克隆抗體、DAB 顯色試劑盒、PV6001 試劑盒均購自美國Cell signaling公司;TUNEL 試劑盒(Roche 公司)。
1.2 方法
1.2.1 實驗動物及分組
成年 Wistar 雄性大鼠 96 只,許可證編號 SYXK(冀)2015-0038,體重(180±10)g。大鼠隨機分為 3 組,對照組、5% 間歇低氧組和依達拉奉組,每組設 7 d、14 d、21 d、28 d 四個亞組,每個亞組各 8 只。本實驗通過華北理工大學附屬醫院動物倫理委員會的批準,于華北理工大學附屬醫院實驗室進行,實驗遵循動物管理的規定。
1.2.2 動物模型的制作
間歇低氧組大鼠低氧箱內首先注入氮氣,時間 30 s,流速 10 L/min,使氧濃度由 21% 降至 5%,再注入 40 s 的空氣,流速與氮氣相同,使氧濃度恢復至 21%,再繼續注入 50 s 的空氣,流速降為 5 L/min,使氧濃度維持在 21%,以上 2 min 為周期進行反復循環。采用測氧儀監測低氧箱內氧濃度,使氧濃度在 5%~21% 之間波動,同時采腹主動脈進行血氣分析,隨低氧箱內氧濃度的變化血氣中氧濃度發生改變,證實模型制備成功。依達拉奉組大鼠于實驗進行前半小時尾靜脈注入依達拉奉注射液(3 mg/kg),半小時后置于低氧箱內,與間歇低氧組進行相同實驗。對照組大鼠低氧箱內持續注空氣,其中空氣的氧濃度為 21%。三組大鼠每日進行通氣實驗 7 h,最長持續 28 d。
1.2.3 海馬區活性氧的檢測
采用活性氧檢測試劑盒對實驗大鼠海馬組織的活性氧含量進行檢測。各個時間隨機選 3 只大鼠,水合氯醛麻醉后,斷頭取腦,在干冰上迅速分離海馬組織,稱重、勻漿,取 190 μL 上清液, 加入 10 μL DCFH-DA 工作液(1 mmol/L)進行孵育(37 ℃,30 min)。熒光強度應用熒光化學發光讀數儀進行測定 500 nm 激發波長下的熒光強度。熒光強度/毫克蛋白為活性氧結果。
1.2.4 Smac、XIAP 蛋白免疫組織化學檢測
應用水合氯醛麻醉大鼠后,由左心室灌注進行固定,取出腦組織固定(4% 多聚甲醛固定液),行脫水、透明、包埋、切片、烤片,制備免疫組織化學切片。切片進行脫蠟、脫水、滴加 Smac 抗體、二抗、DAB 顯色、封片等步驟。XIAP 組織化學方法同 Smac。各時間點選取 6 張切片,每張切片選 5 個不同視野(10×40 倍),應用 tic 數碼醫學圖像系統對蛋白進行分析,蛋白表達強弱用積分光密度值表示。
1.2.5 Smac、XIAP 蛋白免疫印跡(Western blot)檢測
按 1.2.3 方法分離海馬組織,組織經研磨提取后應用 BCA 法計算出蛋白的濃度。后進行電泳、轉膜、孵育一抗(Smac 1∶500 稀釋、XIAP 1∶500 稀釋、GAPDH 1∶500 稀釋)等步驟后,應用 BCIP 顯色劑進行顯色。采用 Image J 軟件系統對條帶的光密度值進行分析,該蛋白的表達結果為目的蛋白與內參蛋白光密度值的比值。目的蛋白進行實驗 3 次,結果取平均值。
1.2.6 海馬 CA1 區神經細胞凋亡的判定
腦組織切片脫蠟后,室溫下 3% H2O2(新鮮配置)處理 10 min,TBS 漂洗 3 次,每次漂洗 5 min,37 ℃ 下蛋白酶 K 工作液處理 20 min,TBS 漂洗(漂洗次數及時間同上),滴加 20 μL TUNEL 工作液(37 ℃,70 min,濕盒中),TBS 漂洗(漂洗次數及時間同上),封閉液封閉 30 min(37 ℃),POD-轉化液 20 μL 放于濕盒中(37 ℃,30 min),TBS 漂洗(漂洗次數及時間同上)。DAB 顯色、蘇木素復染等,最后進行封片。各時間點選取 6 張切片,每張切片選 5 個不同視野(10×40 倍)。凋亡指數=細胞凋亡數/細胞總數×100%。
1.3 統計學方法
采用 SPSS 22.0 統計軟件。呈正態分布的計量數據用均數±標準差(±s)表示,多組間比較采用單因素方差分析,兩組間比較應用獨立樣本 t 檢驗。P<0.05 為差異有統計學意義。
2 結果
2.1 各組海馬組織活性氧含量比較
與對照組比較,其余兩組各個時間點活性氧含量增加(均 P<0.05),依達拉奉組活性氧含量與 5% 間歇低氧組比較明顯降低(P<0.05)。結果見表 1。


2.2 各組海馬神經細胞 Smac 蛋白表達比較
免疫組織化學法染色 Smac 蛋白表達以胞漿為主,陽性細胞呈棕黃色或淺黃色。免疫組織化學法及 Western blot 結果顯示:(1)組內比較:對照組 Smac 蛋白表達陽性的細胞較少,無時間差異性(P>0.05);其余兩組 Smac 蛋白表達有明顯的時間差異性(P<0.05),隨間歇低氧時間的延長而增加。(2)組間比較:與對照組比較,其余兩組各個時間點 Smac 蛋白表達增加(均 P<0.05);與 5% 間歇低氧組比較,依達拉奉組 Smac 蛋白表達降低(P<0.05)。結果見表 2、3以及圖 1、2。



a.對照組;b.5% 間歇低氧組;c.依達拉奉組。對照組陽性細胞數少,其余兩組陽性細胞數增多,5% 間歇低氧組陽性細胞數較依達拉奉組多。



2.3 各組海馬神經細胞 XIAP 蛋白表達比較
免疫組織化學法染色 XIAP 蛋白表達以胞漿為主,陽性細胞呈棕黃色或淺黃色。免疫組織化學法及 Western blot 結果顯示:(1)組內比較:對照組 XIAP 蛋白表達陽性的細胞較少,無時間差異性(P>0.05);其余兩組 XIAP 蛋白表達有明顯的時間差異性(P<0.05),其表達先升高后降低,14 d 達高峰(P<0.05),21 d 開始下降(P<0.05)。(2)組間比較:與對照組比較,其余兩組各個時間點 XIAP 蛋白的表達增加(P<0.05);與 5% 間歇低氧組比較,依達拉奉組 XIAP 蛋白的表達明顯增加(P<0.05)。結果見表 4、5以及圖 3、4。




a.對照組;b.5% 間歇低氧組;c.依達拉奉組。對照組陽性細胞數較少,其余兩組陽性細胞數增多,5% 間歇低氧組陽性細胞數較依達拉奉組少。


2.4 各組大鼠海馬神經細胞凋亡的比較
凋亡神經細胞光鏡下形態不規則,呈棕褐色或棕黃色的圓形或橢圓形,非凋亡細胞胞形態較規則,呈藍色。(1)組內比較:對照組各時間點有少量神經細胞凋亡,無時間差異性(P>0.05);其余兩組神經細胞凋亡指數有明顯的時間差異性(P<0.05),隨間歇低氧時間的延長而增加。(2)組間比較:與對照組比較,其余兩組神經細胞凋亡指數均升高(P<0.05);與 5% 間歇低氧組相比,依達拉奉組相同時間點細胞凋亡指數明顯下降(P<0.05)。結果見表 6和圖 5。



a. 對照組;b. 5% 間歇低氧組;c. 依達拉奉組。對照組神經細胞有少量凋亡,其余兩組神經細胞凋亡數目增多,依達拉奉組凋亡細胞數少于 5% 間歇低氧組。
3 討論
OSAHS 會導致慢性間歇性的缺氧,間歇性缺氧可使神經系統損傷導致認知功能下降等[6-7]。間歇低氧神經系統損傷的機制復雜,尚不十分明確,大量研究表明間歇缺氧引起的氧化應激反應是 OSAHS 造成機體損傷的主要機制,氧化應激可進一步誘導炎癥反應、細胞凋亡等的發生[8]。本實驗結果表明間歇低氧可引起活性氧含量及神經細胞凋亡的增加,說明間歇低氧引起了機體的氧化應激反應,誘導了神經細胞的凋亡。這與我們前期實驗結論是一致的[9]。
細胞凋亡過程復雜,需要大量的促進凋亡及抑制凋亡的因子共同參與。其中,Smac 家族是體內重要的促進凋亡的家族,凋亡抑制蛋白家族是體內抑制凋亡作用的家族,可抑制 Caspase 的活性,它包括 XIAP、c-IAP2 等。XIAP 可與Caspase-9、Caspase-3 等結合,進而抑制細胞凋亡[10]。Smac 受到凋亡刺激后,釋放到細胞質內,與凋亡抑制蛋白家族尤其是 XIAP 結合,抑制其活性,進而起到促凋亡的作用[11]。miR-181a 通過降低 Smac 蛋白的表達,增加 XIAP 的表達,進而減少缺血再灌注損傷后神經元的凋亡,從而發揮保護作用[12]。腦創傷后,高血糖通過增加 Smac 的表達,抑制 XIAP 的表達,進而引起神經細胞的凋亡并導致腦損傷[13]。本實驗結果提示間歇低氧損傷后,促凋亡蛋白 Smac 的表達增多,抑制凋亡蛋白 XIAP 表達先增多后下降,導致神經細胞的凋亡增多,造成腦損傷。
依達拉奉可清除氧自由基,減少神經元凋亡,從而減輕神經系統的損傷[14]。對缺血缺氧性腦損傷的研究發現依達拉奉可減少神經元凋亡[15]。對癲癇持續狀態大鼠研究證實,依達拉奉可通過增加 XIAP 蛋白的表達進而減少大鼠神經元凋亡[16]。依達拉奉臨床多用于急性腦損傷,對慢性間歇低氧腦損傷的機制尚不十分明確。本課題組前期研究證實依達拉奉可通過調節突觸相關蛋白的表達進而發揮神經保護作用[17]。本實驗結果顯示,應用依達拉奉治療可降低海馬組織活性氧含量及 Smac 蛋白的表達,升高 XIAP 蛋白的表達,進而減少海馬神經細胞的凋亡。這說明依達拉奉對間歇低氧后神經系統發揮了保護作用,主要機制可能是通過清除氧自由基提高機體抗氧化能力進而調控 Smac 及 XIAP 介導的細胞凋亡,發揮神經元的保護作用。
綜上,依達拉奉通過清除氧自由基提高機體抗氧化能力,減少 Smac 及 XIAP 介導的細胞凋亡,進而發揮神經元的保護作用。但本實驗有不足之處,觀察時間最長 28 d,后期實驗將延長間歇低氧損傷時間進一步深入研究。另外,雖然間歇低氧模型模擬了 OSAHS 患者間歇缺氧的臨床特點,但與臨床患者實際情況仍有區別。因此,OSAHS 患者神經系統損傷及依達拉奉腦保護的機制仍有待研究。
利益沖突:本研究不涉及任何利益沖突。