组胺在低氧预处理和酸后处理对抗缺血性脑损伤中的不同作用

论文摘要

脑缺血性疾病是指血管狭窄或闭塞造成的暂时性或永久性脑供血不足而引起的病变,它是导致人类残疾及死亡的头号杀手之一。在过去几十年中,研究者对脑缺血的研究主要集中于寻找外源性的药物,如神经保护剂,来提高缺血后神经元的存活率,但神经保护剂的单一疗法,与缺血级联反应的复杂性是相悖的,因此至今尚未取得突破性进展。近年来,内源性保护策略（包括预处理和后处理）引起了研究者的广泛关注,它是指给予组织一个亚剂量的刺激或损伤（如短暂缺血或低氧）,通过激活机体自身的保护机制,来减轻严重（或致死性）缺血所造成的损害,达到神经保护目的。有众多神经递质和蛋白可能参与了预处理或后处理保护作用的形成,但是其作用机制尚未阐明。组胺在中枢神经系统中是一种重要的神经递质或调质,其可由组氨酸经组氨酸脱羧酶（HDC）脱羧而成。组胺能神经元胞体位于下丘脑结节乳头核,该神经元在脑内有着广泛而弥散的投射。近年来的众多研究发现,中枢组胺能神经系统在脑缺血后的神经损伤和神经功能恢复中发挥重要调节作用。如a-FMH（一种选择性的HDC抑制剂）可加重缺血后海马CA1区的神经元死亡。而侧脑室内注射组胺或者腹腔内注射组胺的前体物质组氨酸均能减轻脑缺血后的神经元损伤。同时,脑缺血或低氧均可诱导组胺能神经元释放组胺。最近,我们课题组首次在培养的皮层神经元上发现,组胺预处理能对抗NMDA急性处理诱发的兴奋性损伤作用,而这种作用是通过H2受体/cAMP/PKA通路介导的。这些证据提示,组胺在脑缺血过程中发挥了重要调节作用。但尚不清楚组胺是否参与内源性保护机制,即组胺在预处理和后处理对抗脑缺血中的作用。本课题旨在利用组氨酸脱羧酶基因敲除（HDC-KO）小鼠来探讨组胺在低氧预处理中的调节作用及机制,同时研究酸后处理是否对脑缺血具有神经保护作用,并且这种保护作用是否和组胺具有相关性。1.组胺在低氧预处理诱导的小鼠局灶性脑缺血耐受中的作用及机制我们发现,低氧预处理（8%02,3 h）可显著减小野生型（WT）小鼠由大脑中动脉缺血（MCAO）再灌引起的神经症状等级及脑梗死体积,但对HDC-KO小鼠则无明显保护作用；而经侧脑室注射组胺的HDC-KO小鼠上,低氧预处理则又可诱导脑缺血耐受。同时,在WT小鼠上,α-FMH可完全拮抗低氧预处理诱导的神经保护作用。低氧预处理还可减轻WT小鼠在MCAO时周边区脑血流的下降,但在HDC-KO小鼠上,周边区脑血流的下降反而加剧。同时,低氧预处理2 h、3h或4 h后,WT小鼠的皮层组胺含量显著下降,HDC酶的活性显著升高,提示低氧预处理可促进组胺的释放。进一步,低氧后处理3 h后,WT小鼠VEGF的mRNA和蛋白表达均高于HDC-KO或经a-FMH处理的WT小鼠。此外,给予VEGFR2/Flkl拮抗剂SU 1498可显著抑制低氧预处理对脑梗死体积的减少及周边区脑血流的改善作用。本研究显示,内源性组胺参与调节低氧预处理保护作用,并且该调节作用可能与组胺对VEGF的诱导表达进而激活其VEGFR2/Flkl有关。2.组胺在酸后处理抗脑缺血再灌注损伤中的作用脑缺血后处理是近五年来发现的一种新的内源性保护策略,在各种整体缺血模型和离体缺糖缺氧（OGD）模型中均验证了这种后处理的保护作用,但由于其难以直接应用于临床,寻找其它后处理手段显得尤为必要。由于组织酸化是脑缺血后处理的重要因素之一,我们推测在脑缺血后给予短暂的酸后处理也可能具有神经保护作用。我们在小鼠皮层纹状体脑片和培养的大鼠皮层神经元上均发现,酸后处理（pH 6.8）可时间依赖的显著提高OGD再灌注后的脑片或细胞存活率。在WT小鼠MCAO模型上,再灌5 min后给小鼠呼吸20%的CO25 min以降低脑内pH,可显著改善24 h后神经功能的缺失症状,并减少脑梗死体积。同时,酸后处理对HDC-KO和a-FMH处理小鼠也具有明显的神经保护作用,提示组胺可能不参与酸后处理神经保护机制的形成。酸后处理可显著抑制神经元OGD再灌注引起的细胞凋亡及caspase-3表达增加。同时,与单纯MCAO组相比,给予酸后处理的小鼠缺血周边区的caspase-3和bax表达也明显减少。进一步,我们在整体模型上发现,线粒体通透性转化孔（MPTP）的开放剂atractyloside （Atra）可逆转酸后处理诱导神经保护作用。在细胞模型上,酸后处理可显著抑制再灌引起的线粒体膜电势下降（用于评价MPTP开放）,活性氧簇（ROS）产生,并提高内源性的抗氧化多肽——还原型谷胱甘肽（GSH）的含量。而MPTP的抑制剂也可抑制线粒体膜电势的下降并减少ROS的产生,同时给予Atra可部分逆转酸后处理对ROS产生的抑制作用。在小鼠MCAO模型上,缺血再灌30 min后,缺血中心区和周边区的ROS含量显著升高,而酸后处理对该升高具有显著抑制作用。以上结果提示,酸后处理可以抑制缺血再灌引发的神经元凋亡,对脑缺血再灌注损伤具有保护作用。但组胺不是酸后处理发挥抗脑缺血再灌损伤的主要机制。酸后处理的神经保护机制可能与抑制MPTP开放和提高GSH含量进而减少线粒体损伤及ROS产生有关。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• Abstract
• 缩略词表
• 目次
• 1. 组胺在低氧预处理诱导的小鼠局灶性脑缺血耐受中的作用及机制
• 1.1 引言
• 1.2 实验材料
• 1.3 实验方法
• 1.4 结果
• 1.5 讨论
• 1.6 小结
• 2. 组胺在酸后处理抗脑缺血再灌注损伤中的作用
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料
• 2.3 实验方法
• 2.4 结果
• 2.5 讨论
• 2.6 小结
• 创新性总结
• 参考文献
• 综述 内源性保护策略在缺血性脑损伤中的研究进展
• 参考文献
• 作者简历及在读期间所取得的科研成果