DOI:10.20047/j.issn1673-7210.25080756
中图分类号:R285.5
姜辛言, 刘燃, 马娅舒, 黄相瑜, 张玉婷, 董瑞娟, 魏鹏
| 【作者机构】 | 北京中医药大学中医学院 |
| 【分 类 号】 | R285.5 |
| 【基 金】 | 北京中医药大学揭榜挂帅重点项目(2024-JYBJBZD-063)。 |
缺血性脑卒中(ischemic stroke,IS)是最常见的脑血管疾病,其特征是脑血流中断导致局部组织缺血缺氧坏死,进而引起神经功能损伤[1]。IS具有高发病率、高致残率和高病死率的特点,是我国成年人致死、致残的主要病因[2]。由于血管再通治疗受时间窗、出血风险及临床禁忌证等限制,超过90%的IS患者仍缺乏有效药物干预,开发新型抗脑卒中药物具有重要的临床意义[3]。PI3K/Akt信号通路在IS中的发生与修复过程中具有重要调控作用。该通路可通过促进细胞存活、抑制凋亡及氧化应激,减轻缺血再灌注损伤,促进神经功能恢复[4]。研究显示,多种神经保护药物均可通过激活PI3K/Akt通路发挥作用[5]。
中医学将IS归于“中风”范畴,血瘀是其关键病机[6]。水蛭为传统“破血逐瘀”药物,现代制剂如芪蛭通络胶囊、通心络胶囊均以其为主药,具有“多成分、多靶点、多功效”优势[7]。我国临床应用以非吸血类宽体金线蛭为主,其不含水蛭素,具有活血化瘀、抗炎及抗氧化等多种药理作用,对IS具有明显的保护效应[8],但其是否通过调控PI3K/Akt信号通路发挥作用尚不明确。本研究旨在探讨宽体金线蛭冻干粉是否通过调节PI3K/Akt信号通路干预IS,为开发新型脑卒中防治药物提供实验依据和理论支撑。
SPF级雄性7周龄SD大鼠100只,体质量为(240±20)g,购自北京维通利华实验动物技术有限公司,实验动物生产许可证号:SCXK(京)2021-0011,实验动物使用许可证号:SYXK(京)2023-0011,实验动物质量合格证号:110011251105951852。
所有大鼠均饲养于北京中医药大学中医学院动物房,分笼饲养,每笼4只。动物房温度控制在(22±2)℃,相对湿度保持在(50±10)%,光照周期为12 h光/12 h暗。大鼠可自由摄食饮水,每天更换饲料和饮水。本研究严格遵循北京中医药大学生物医学伦理审查委员会制定的相关伦理规范和原则(BUCM-1-2025032501-1021)。
基于宽体金线蛭有效成分可能为蛋白和多肽类物质[9],本研究将其制备成冻干粉使用。制备方式:宽体金线蛭在-20 ℃中预冻10 h,-5 ℃中升华干燥10 h,解析干燥温度以5 ℃/h的速度从-5 ℃升至45 ℃,45 ℃保温干燥2 h后得到宽体金线蛭冻干粉,置于玻璃罐中4 ℃保存[10]。
药物每日现配现用,取2 g冻干粉溶于40 ml 0.5%羧甲基纤维素钠(sodium carboxymethyl cellulose,CMCNa)溶液中得到浓度为50 mg/ml的宽体金线蛭冻干粉混悬液;取1 g冻干粉溶于40 ml 0.5%CMC-Na溶液中得到浓度为25 mg/ml的宽体金线蛭冻干粉混悬液;取100 mg阿司匹林肠溶片研磨打碎溶于40 ml 0.5%CMC-Na溶液中,得到浓度为2.5 mg/ml的阿司匹林混悬液。
全波长光吸收酶标仪(美国Thermo Scientific公司,型号:A51119700DPC);全自动真空冷冻干燥机(宁波新芝冻干设备股份有限公司,型号:Scientz-100F/B);激光散斑血流成像系统(英国MOOR公司,型号:moorFLPI-2);Pannoramic MIDI数字病理切片扫描仪(匈牙利3Dhistech公司,型号:PannoramicMIDI);实时定量PCR仪(Bio-Rad公司,型号:CFX96 Touch)。
宽体金线蛭(山东优仁中药材有限公司,批号:WS01-202501);阿司匹林肠溶片(拜耳医药保健有限公司,批号:BJ34726);TTC、BCA蛋白定量试剂盒、0.5%EB染液(北京索莱宝生物科技有限公司,批号:G3005、PC0020、G1810);丙二醛(malondialdehyde,MDA)检测试剂盒(南京建成生物工程研究所,批号:A003-1-1);超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)检测试剂盒(江苏艾迪生生物科技有限公司,批号:ADS-1048R1);白细胞介素-1β(inter leukin-1β,IL-1β)试剂盒(武汉赛维尔生物科技有限公司,批号:GER0002-48T);EGFR抗体(英国Abcam公司,批号:ab52894);PI3K抗体、Akt抗体、β-actin抗体、辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔IgG二抗(武汉三鹰生物技术有限公司,批号:67071-1-IG、10176-2-AP、KHC0008、SA00001-2);一步法RT-qPCR试剂盒(艾科瑞生物工程有限公司,批号:AG11732)。
100只SD大鼠按照随机数表法分为假手术组、模型组、阳性药组、低剂量组、高剂量组,每组20只。假手术组仅接受麻醉及颈部暴露操作,不阻断大脑中动脉;其余各组建立大脑中动脉阻塞/再灌注(middle cerebral artery occlusion/reperfusion,MCAO/R)模型:大鼠麻醉后在颈部切小口,分离颈总动脉及颈内动脉、颈外动脉;结扎颈总动脉近心端,夹闭颈内动脉,并将线栓沿颈内动脉送入大脑中动脉起始处。缺血2 h后取出线栓并结扎切口,实现再灌注。造模24 h后,选择Longa评分为2~3分的大鼠进行后实验。
临床多用宽体金线蛭生粉吞服,每日用量为1~6 g[11],参考《药理实验方法学》[12]中人与大鼠体表面积换算公式计算给药量,依据大鼠和人用药剂量折算后系数为6.3,假设成人体重为60 kg,则大鼠等效剂量为0.105~0.630 g/(kg·d)。结合预实验结果及药物安全性考虑,低剂量组灌胃宽体金线蛭冻干粉混悬液0.25 g/(kg·d),高剂量组灌胃宽体金线蛭冻干粉混悬液0.5 g/(kg·d),阳性药组灌胃阿司匹林肠溶片25 mg/(kg·d)[13],假手术组和模型组灌胃等体积的CMCNa溶液;灌胃体积为10 ml/kg,1次/d,持续7 d。
末次给药后,经腹腔注射3%戊巴比妥钠(0.02ml/kg)麻醉大鼠,腹主动脉取血,取血后立即取脑组织。血液常温静置2 h,4 ℃、3 000 r/min离心10 min(离心半径为8 cm),血清置于-80 ℃冰箱中储存备用。部分脑组织放入液氮中速冻,-80 ℃冰箱中储存;部分放入4%多聚甲醛溶液中,4 ℃短期储存。所有实验操作均遵循动物实验3R原则。
1.6.1 神经功能评分 术后第1、3、5、7天采用Longa评分法评估大鼠神经损伤[14]。0分为正常;1分为大鼠对侧前肢不能伸展;2分为大鼠向对侧旋转;3分为大鼠向对侧倾倒;4分为大鼠无自主行走,发生意识障碍。
1.6.2 脑梗死体积 将脑组织切割成约2 mm厚的冠状切片,TTC染液避光染色30 min后切片转移至固定液中固定24 h,Image J分析梗死体积。
1.6.3 脑血流变化 给药7 d后,麻醉大鼠,暴露颅骨,使用激光散斑血流成像仪检测脑皮层血流。待仪器数据稳定后,连续采集图像1 min。脑血流变化以各时间点平均值占缺血前平均值的百分比表示。相对脑血流百分比(%)=各时间点平均脑血流量/初始平均脑血流量×100%。
1.6.4 脑组织病理学变化 新鲜脑组织经4%多聚甲醛固定24~48 h后,梯度乙醇脱水、二甲苯透明后石蜡包埋切片。脱蜡后苏木精染色5 min,盐酸分化、氨水返蓝,伊红复染,脱水透明,树胶封片。采用光学显微镜观察并拍照。
1.6.5 血-脑屏障通透性 各组动物处死前3 h尾静脉注射0.5%的EB溶液(8 ml/kg),心脏灌注生理盐水直至从右心房流出的液体变得清澈。随后断头取脑,收集血肿周围100 mg的脑组织,加入2 ml甲酰胺溶液充分研磨均匀,转移至离心管中水浴50 ℃孵育24 h,以4 ℃,3 000 r/min离心10 min(离心半径为8 cm),收集上清液100 μl注入酶标板中,检测A632 值,根据绘制的EB标准曲线计算EB渗漏量。
1.6.6 血清MDA、SOD、IL-1β 水平 按照试剂盒说明书的操作步骤,检测大鼠血清IL-1β、MDA及SOD水平。
1.6.7 脑组织EGFR、PI3K、Akt蛋白表达 脑组织加入RIPA裂解液,在冰浴条件下匀浆;4 ℃,10 000 r/min离心10 min(离心半径为8 cm),收集上清液。采用BCA法测定蛋白浓度并煮沸变性。取适量蛋白样品上样,经电泳、转膜后,以5%脱脂奶粉封闭1 h,分别加入一抗EGFR(1∶4 000)、PI3K(1∶2 000)、Akt(1∶4 000)及β-actin(1∶10 000),4 ℃摇床孵育过夜;TBST洗膜3次,加入山羊抗兔IgG抗体(1∶5 000),室温孵育1 h;TBST洗膜3次后加ECL显影液,暗室显影、拍照。计算目标蛋白的相对表达水平。
1.6.8 脑组织EGFR、PI3K、Akt mRNA水平 取脑组织100 mg,液氮下研磨充分,依次加入1 ml Trizol提取RNA。RNA浓度及纯度通过紫外分光光度计检测,取A260/280 值为1.8~2.0的样本用于后续实验。使用一步法实时定量反转录PCR试剂盒,在实时定量PCR仪上进行扩增与检测。反应体系总体积20 μl,包括2 ×One -step RT -qPCR Buffer Ⅱ 10 μl、One -step Enzyme MixⅡ0.8 μl、正向引物(10 μmol/L)0.8 μl、反向引物(10 μmol/L)0.8 μl、30 ng/μl RNA模板2 μl、无RNA酶水补足至20 μl。反应条件:逆转录45 ℃5 min;预变性95 ℃1 min;随后进行40个循环,每个循环包括95 ℃5 s、60 ℃30 s(退火与延伸)。扩增后进行熔解曲线分析,以确认特异性扩增。β-actin作为内参基因,熔解曲线按仪器默认设置。引物序列见表1。
表1 引物序列(5’-3’)
采用GraphPad Prism 10统计学软件进行数据分析。计量资料用均数±标准差(
)表示,两组间比较采用独立样本t检验;多组间比较采用单因素方差分析,两两比较采用LSD-t检验;多个时间点的比较采用重复测量方差分析。以P<0.05为差异有统计学意义。
术后观察期间由于缺血再灌注损伤,部分大鼠死亡,每组死亡5只,死亡率为25%。因此,每组纳入15只大鼠用于后续实验与统计分析。
Mauchly球形检验结果显示,统计量为0.702,近似χ2 值为4.857,v为5,P值为0.435,数据满足球形假设。整体分析发现:模型组和假手术组Longa评分组间比较,差异有统计学(P<0.01);模型组和假手术组Longa评分时间比较、交互作用差异无统计学意义(P>0.05)。低、高剂量组和模型组Longa评分时间比较、组间比较及交互作用差异有统计学意义(P<0.01)。进一步两两比较,组内比较:模型组和假手术组各时间点Longa评分两两比较,差异无统计学意义(P>0.05)。低剂量组术后第7天Longa评分低于术后第1、3天(P<0.05)。高剂量组术后第3、5、7天Longa评分低于术后第1天;术后第7天低于术后第3天(P<0.05)。组间比较:模型组术后第1、3、5、7天Longa评分高于假手术组(P<0.01)。低剂量组术后第7天Longa评分低于模型组(P<0.05);高剂量组术后第3、5、7天Longa评分低于模型组(P<0.05)。见表2、3。
表2 假手术组、模型组大鼠各时间点Longa评分比较(分,
)
注 与假手术组同期比较,aaP<0.01。
表3 模型组和给药组大鼠各时间点Longa评分比较(分,
)
注 与本组术后第1天比较,aP<0.05;与本组术后第3天比较,bP<0.05;与模型组同期比较,cP<0.05。
假手术组未见苍白色梗死区。与假手术组比较,模型组脑梗死体积增加(P<0.01);与模型组比较,低、高剂量组大鼠脑梗死体积缩小(P<0.01);与低剂量组比较,高剂量组脑梗死体积缩小(P<0.05)。见图1。
图1 各组大鼠脑梗死体积比较
A:大鼠代表性TTC染色图;B:各组大鼠梗死体积柱形图(n=6)。与假手术组比较,aaP<0.01;与模型组比较,bbP<0.01;与低剂量组比较,cP<0.05。
假手术组左右脑血流基本一致。与假手术组比较,模型组脑血流量降低(P<0.01);与模型组比较,低、高剂量组脑血流量增加(P<0.05或P<0.01);与低剂量组比较,高剂量组脑血流量增加(P<0.05)。见图2。
图2 各组大鼠脑血流量比较
A:激光散斑血流成像图;B:各组大鼠相对脑血流百分比柱形图(n=6)。与假手术组比较,aaP<0.01;与模型组比较,bP<0.05,bbP<0.01;与低剂量组比较,cP<0.05。
假手术组大鼠脑组织皮质神经元细胞形态完整,排列规则,细胞质染色均匀,细胞核呈圆形且位于中央。模型组脑组织皮质神经元出现核固缩,细胞呈空泡样改变;缺血区神经元排列紊乱,伴明显水肿,细胞质染色减弱,并可见大片坏死。与模型组比较,低、高剂量组大鼠脑组织皮质缺血性坏死面积减少,神经元排列紊乱、水肿、细胞质淡染及核固缩等病理改变有所缓解。见图3。
图3 各组大鼠脑组织皮质病理变化(HE染色,×400)
A:假手术组;B:模型组;C:阳性药组;D:低剂量组;E:高剂量组。
与假手术组比较,模型组脑组织EB渗漏量增加(P<0.01);与模型组比较,低、高剂量组脑组织EB渗漏量降低(P<0.01);与低剂量组比较,高剂量组脑组织EB渗漏量降低(P<0.05)。见图4。
图4 各组大鼠EB渗漏量比较
A:部分脑组织EB染色图;B:各组大鼠EB渗漏量柱形图(n=6)。与假手术组比较,aaP<0.01;与模型组比较,bbP<0.01;与低剂量组比较,cP<0.05。
与假手术组比较,模型组血清MDA、IL-1β 水平升高,SOD水平降低(P<0.01)。与模型组比较,低、高剂量组血清MDA、IL-1β 水平降低,SOD水平升高(P<0.05或P<0.01)。与低剂量组比较,高剂量组血清SOD水平升高,IL-1β 水平降低(P<0.05)。见图5。
图5 各组大鼠血清SOD、MDA、IL-1β 水平被比较(n=6)
与假手术组比较,aaP<0.01;与模型组比较,bP<0.05,bbP<0.01;与低剂量组比较,cP<0.05。SOD:超氧化物歧化酶;MDA:丙二醛;IL-1β:白细胞介素-1β。
与假手术组比较,模型组脑组织EGFR、PI3K、Akt蛋白表达降低(P<0.01)。与模型组比较,低剂量组脑组织EGFR、Akt蛋白表达升高;高剂量组脑组织EGFR、PI3K、Akt蛋白表达升高(P<0.05或P<0.01)。与低剂量组比较,高剂量组脑组织EGFR、PI3K蛋白表达升高(P<0.05)。见图6。
图6 各组大鼠脑组织EGFR、PI3K、Akt蛋白表达比较(n=3)
A:蛋白条带图;B:各组大鼠脑组织EGFR蛋白相对表达量柱形图;C:各组大鼠脑组织PI3K蛋白相对表达量柱形图;D:各组大鼠脑组织Akt蛋白相对表达量柱形图。与假手术组比较,aaP<0.01;与模型组比较,bP<0.05,bbP<0.01;与低剂量组比较,cP<0.05。
与假手术组比较,模型组脑组织EGFR、PI3K、Akt mRNA表达降低(P<0.05或P<0.01)。与模型组比较,低剂量组脑组织EGFR、Akt mRNA表达升高(P<0.01);高剂量组脑组织EGFR、PI3K、Akt mRNA表达升高(P<0.01)。见图7。
图7 各组大鼠脑组织EGFR、PI3K、Akt mRNA表达比较(n=6)
与假手术组比较,aP<0.05,aaP<0.01;与模型组比较,bbP<0.01。
脑卒中居我国十大致死病首位,其中IS发病率最高,严重威胁健康[15]。其病理机制复杂,炎症与氧化应激在其中起关键作用[16]。缺血再灌注导致活性氧过量生成,触发线粒体损伤和细胞凋亡[17];同时炎症因子释放加重神经损伤[18]。因此,靶向炎症与氧化应激是目前IS防治的重要策略[19]。
宽体金线蛭为药典收录的水蛭基原之一,因其善于攻毒驱逐、通达经络等特性常用于治疗心脑血管疾病[20]。其抗炎和抗氧化应激机制正是实现“通经活络、祛瘀止痛”药理作用的关键[21]。本研究使用宽体金线蛭冻干粉不仅避免了高温和氧气对其活性成分的破坏,还有助于其保持较强功效。本研究发现,宽体金线蛭冻干粉能改善神经功能缺损,减小梗死体积,促进缺血侧脑皮质血流恢复,并减轻病理学损伤和血-脑屏障破坏,其作用机制与炎症和氧化应激的调控密切相关。低、高剂量组均可降低血清IL-1β、MDA水平,增加SOD活性,提示其发挥了抗炎和抗氧化双重保护效应。本研究进一步发现,宽体金线蛭冻干粉能够上调EGFR、PI3K和Akt蛋白及mRNA表达水平,提示其可能通过激活EGFR/PI3K/Akt信号通路发挥保护作用。该通路在脑缺血后的神经保护和再生过程中起重要作用[22-23]。EGFR活化后可通过PI3K/Akt信号促进神经元存活,并增加抗氧化转录因子Nrf2的表达,清除过量活性氧,减轻氧化损伤[24-27]。本研究结果支持宽体金线蛭冻干粉通过该通路发挥神经保护作用的可能性,为传统中药的现代药理研究提供了新证据。
综上所述,本研究结果显示,宽体金线蛭冻干粉能够通过抗炎、抗氧化作用减轻缺血再灌注损伤,并可能通过激活EGFR/PI3K/Akt信号通路实现神经保护。但是,由于宽体金线蛭的有效成分尚未完全解析,药效物质基础仍不明确。今后研究应进一步分离和鉴定宽体金线蛭的活性成分,结合基因编辑等干预手段明确EGFR/PI3K/Akt信号通路在药效中的确切作用;同时,还需拓展至慢性期观察,评估其对神经再生和长期功能恢复的影响。通过从物质基础、分子机制到整体疗效的多层次研究,有望为宽体金线蛭在IS中的临床转化提供更坚实的理论与实验依据。
利益冲突声明:本文所有作者均声明不存在利益冲突。
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