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编号:10497336
白细胞介素-6对脑缺血后大鼠海马及纹状体一氧化氮合酶阳性神经元变化的影响
http://www.100md.com 《同济大学学报(医学版)》 2000年第2期
     作者:李汉先 周厚纶 高原 刘庆莹 向赟 肖刚 杨德森

    单位:李汉先 高原 向赟 肖刚 杨德森(武汉市职工医学院生理教研室, 武汉 430016);周厚纶 刘庆莹(同济医科大学基础医学院解剖学教研室, 武汉 430030)

    关键词:脑缺血;一氧化氮;白细胞介素-6;大鼠

    同济医科大学学报000210 摘要:用NADPH脱氢酶反应,观察了大鼠大脑中动脉缺 血再灌流模型中海马及纹状体一氧化氮合酶(NOS)阳性神经元的变化及IL-6对这些变化的影 响。结果显示:缺血再灌流后大鼠海马各部NOS阳性神经元均明显增加,其中以CA1区增加最 显著,纹状体缺血中心区NOS阳性神经元明显减少,而其周围区NOS阳性神经元明显增加,预 先经侧脑室注射IL-6后,大鼠海马及纹状体NOS阳性神经元数量明显低于对照组。提示IL-6 可能参与缺血性神经元损伤的调控。
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    中图法分类号:R743.31, R392.12, Q959.837

    Effects of Interleukin-6 on Nitric Oxid e Synthase Positive Neurons in Hippocampus and Striatum during Focal Cerebral Ischemia Reperfusion in Rat

    Li Hanxian,Zhou Houlun,Gao Yuan et al

    Department of Physiology,Wuhan Professional Medical C ollege,Wuhan 430016

    Abstract:Effects of interleukin-6 (IL-6) on nitric oxide synt ha se (NOS) positive neurons in hippocampus and striatum were observed with NADPH- d reaction during middle cerebral artery (MCA) focal cerebral ischemia reperfusio n in rat. The results showed that NOS positive neurons in hippocampus were obivi ously increased, with the most significantly increasing in the area of CA1. NOS positive neurons in the core of striatal ischemia area were significantly reduce d, while in the periphery of ischemia area, NOS positive neurons increased drama tically. When the IL-6 was injected into the lateral ventricle before ischemia, NOS positive neurons in hippocampus and striatum were significantly lower than those in the control group. The results indicated that IL-6 might participate in the modulation of ischemia neuron damage in the brain.
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    Key words:ischemia; nitric oxide; interleukin-6; rat

    一氧化氮(NO)是兼有细胞第二信使功能和细胞毒性作用的气体物质,研究显示其在脑缺血所 致的神经损伤中起着重要作用。Malinski等[1]报道,在脑缺血早期(2~3 min),即 可见NO升高,1~2 h恢复至正常水平,再灌流后又缓慢进行性的升高。Buisson等[2] 证明使用NOS抑制剂可明显缩小大脑中动脉栓塞后大鼠大脑皮质和纹状体的缺血区范围。 白细胞介素-6(IL-6)是中枢神经系统一个重要的细胞因子,近年来的研究显示[3,4 ]IL-6除在炎症和感染等过程中起作用外,还可作为一种神经营养因子拮抗NMDA对体外 培养胆碱能及儿茶酚胺能神经元的损伤。但有关脑缺血后IL-6 与NOS变化的关系,目前尚 未见报道。本文通过预先经侧脑室注射人重组的IL-6,观察了大鼠局灶性缺血再灌流模型 中N OS的表达及二者间的关系。
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    1 材料与方法

    Wistar大鼠24只,体重200~250 g,雌雄不拘。动物分成侧脑室注射IL-6实验组(16只) 及单纯缺血再灌流对照组(8只),具体操作步骤如下。

    1.1 IL-6注射及大脑中动脉栓塞

    动物用戊巴比妥钠(10 ml/kg)腹腔麻醉,置于江湾II型脑定位仪上立体定位于左 侧侧脑室(坐标:前囟后0.8 mm,旁开1.3 mm,深度3.7 mm),用微量注射器将10 μl IL-6 (1 μg/ml, Sigma公司产品)注入左侧侧脑室,注射时间10 min,留针15 min。存活1 h后用 线栓法栓塞同侧大脑中动脉(MCA)。MCA栓塞参照Nagasawa等[5]的方法,即经颈总 动脉插入直径0.2 mm的尼龙线至MCA。脑缺血1 h后拔除线栓塞即造成MCA缺血再灌流模型。 动物再灌流时间分别为1 h、2 h、4 h、6 h(实验组各4只,对照组各2只)。对照组除不经侧 脑室注射IL-6外,MCA栓塞及再灌流同实验组。
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    1.2 NADPH脱氢酶反应

    动物于规定时间用过量戊巴比妥钠麻醉,经左心室插管至升主动脉依次灌入生理盐水100 ml ,含40 ml/L多聚甲醛的0.1 mol/L的磷酸盐缓冲液(pH 7.4) 500 ml。取脑入原固定液后固 定4 h,再入20%的蔗糖过夜或至下沉(4℃)。恒冷箱额状切片,片厚30 μm,留海马及纹状 体,每隔2片留1片。PBS接片后进行NADPH-d反应:切片入含1 mmol/L β-NADPH(Sigma Typ e Ⅰ)、1.2 mmol/L硝基四唑蓝(上海前进化学试剂厂)和0.3% Triton X-100的0.1 mol/L P B(pH 8.0)内,温育(37℃)0.5~1 h,然后将切片移入PBS(pH 7.4)内终止反应,明胶载片贴 片、干燥、脱水、透明、封片,部分切片用中性红复染。光学显微镜观察、照像。

    每个动物取大致相同切面脑片4张在光学显微镜(目镜上放置计数网格)下进行观察,计 数CA1,纹状体内NOS阳性神经细胞在各时间点内的个数,取均数及标准误,并作t检验。
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    2 结果

    2.1 缺血再灌流后海马NOS阳性神经元的变化及IL-6的 影响(表1)

    缺血再灌流后海马各部NOS阳性神经元的数量均较正常增多,我们重点观察计数了CA1区NOS 阳性神经元的变化。缺血再灌1h即有NOS阳性神经元增加,至4~6h NOS神经元增加较显著(图1),细胞较深染。侧脑室注射IL-6后,实验组海马内NOS阳性神经元数量较单纯缺血对照 组均有减少。在CA1区实验组动物在缺血再灌流1h海马NOS阳性神经元即明显减少,至4h左右最为显著(图2)。

    表1 IL-6对缺血再灌流后海马CA1区NOS神经元数量的影响(±s ) 组别

    再 灌 流

, 百拇医药     1 h

    2 h

    4 h

    6 h

    单纯缺血组

    62±3

    67±2

    85±4

    89±3

    IL-6组

    47±4*

    54±3*

    61±3**
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    68±4**

    与单纯缺血组相比 *P<0.05 **P<0.01

    2.2 缺血再灌流后纹状体NOS阳性神经元的变化及IL-6 的影响(表2)

    缺血再灌流后各时间点内纹状体缺血中心区NOS阳性神经元数量(图4)较对侧明显减少 (图3)且细胞染色极浅,偶尔可见少数NOS阳性神经元。在缺血周边区,NOS神经元数量明显 增加,细胞染色较深,且随再灌流时间延长而逐渐增加,以再灌流4~6h为最显著(图5)。在IL-6组,纹状体缺血周边区NOS阳性神经元数量较对照组明显减少,其中以缺血再灌 流4~6h为最显著(图6)。

    表2 IL-6对缺血再灌流后纹状体NOS神经元数量的影响(±s) 组别
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    再 灌 流

    1 h

    2 h

    4 h

    6 h

    单纯缺血组

    243±8

    258±7

    389±10

    390±9

    IL-6组

    182±6*

    213±8*
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    245±9**

    248±7**

    与单纯缺血组相比 *P<0.05 ** P<0.01

    3 讨论

    3.1 IL-6对缺血再灌流后海马NOS神经元的影响

    本实验观察到,缺血再灌流后海马内NOS神经元的数量明显增加,这与我们在全脑缺血 模型实验中的结果一致[6],在易受缺血损伤的CA1区,随着缺血再灌流时间的延长 NOS神经元也逐渐增多。这表明缺血再灌流后海马内NO的合成机制被激活,并随再灌流时间的延长而进一步增强,研究表明 [7]NO的过量产生或释放具有明显的神经毒性,提示NO在海马缺血性伤害中起着重要作用。我们还观察 到,在IL-6组,海马内NOS神经元数量较对照组明显减少,在CA1区,以再灌流4 h 左右最为显著,提示IL-6对缺血再灌流后海马内NO的产生有明显抑制作用。Yamada等[8]在体外培养 研究中发现,IL-6可保护海马神经细胞拮抗谷氨酸所致的细胞死亡,Dawson等[9]也报道了NOS神经元的 出现与NMDA毒性发生的时间相一致。因此,IL-6降低海马尤其是CA1区NOS活性,可能与其参与减轻脑缺血 再灌流后海马迟发性神经损伤的调控有关。
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    3.2 IL-6对缺血再灌流后纹状体NOS神经元的影响

    本实验观察到纹状体缺血中心区,NOS神经元明显减少,几乎呈阴性反应,而在其周边 区域,缺血后随再灌流时间延长,NOS神经元数量明显增加,至再灌流4~6 h最显著。这两种 完全相反的结果,可能与其受脑缺血损伤的严重程度不同有关。在缺血中心区,因严重缺血 而致大量神经细胞(其中包括NOS阳性神经细胞)坏死,而使得其NOS神经元显著减少;而在缺 血周边区,轻度的缺血使得NOS的活性增加,从而导致该处神经元迟发性死亡。由此推测, 纹状体缺血中心区和周边区在缺血后可能存在着不同的死亡方式及原因。

    本实验还观察到IL-6注射实验组缺血周边区NOS神经元的数量较对照组明显减少,表明 IL-6对缺血再灌流后纹状体NO的产生有明显抑制作用。在中枢神经系统里,IL-6是神经细胞和胶质 细胞产生的一种细胞因子,除具有促进星形胶质细胞生长、增加神经生长因子的释放外,还对中枢神经 细胞具有明显的神经营养作用[10],Toulmond等[11]还报道了IL-6可减弱NMDA对大 鼠纹状体胆碱能神经元的神经毒性作用。目前已知局部脑缺血及脑损伤对神经细胞NO的过量产生与谷氨酸-NMDA受体的激活 密切相关[2],因此,我们推测,IL-6对纹状体缺血周边区NO产生的抑制作用,可能与其拮 抗内源性兴奋性氨基酸的神经元毒性有关,提示IL-6可能参与脑缺血损伤的调控。但其机制尚待进一步研究。
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    图1 大鼠脑缺血再灌流4h海马CA1区NOS阳性神经细胞增多

    图2 注射IL-6后大鼠脑缺血再灌流4h海马CA1区NOS阳性神经细胞减少

    图3 大鼠未缺血侧纹状体NOS阳性细胞

    图4 大鼠脑缺血再灌流4h纹状体缺血中心区NOS阳性神经细胞显著减少

    图5 大鼠脑缺血再灌流4h纹状体缺血周围区NOS阳性神经细胞增多(↑示缺血中心区)

    图6 注射IL-6后大鼠脑缺血再灌流4h纹状体缺血周围区NOS阳性神经细胞减少

    (本文图1~6见第188页)

    李汉先,女,1946年生,副教授
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    参考文献

    1,Malinski T, Bailey F, Zhang Z G et al. Nitric oxide measured by a porphyrinic min rat brain after transient middle cerebral artery occclusion. J Cereb Blood Flow Metab, 1993,13:3 55

    2,Buisson A, Margaill I, Callebert J et al. Mechanisms involved in the neuroprotective activity of a nitric oxide synthase inhibitor during focal cerebral ischemia. J Neurochem, 1993,61:69 0

    3,Hama T, Miyamoto M, Tsukui H et al. Interleukin-6 as a neurotro phic factor for promoting the survival of cultured basal forebrain cholinergic neurons from postnatal rat. Neurosci Lett, 1989,104:340
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    4,Hama T, Kushima Y, Miyamoto M et al. Interleukin-6 improves the survival of mesencephalic catecholaminergic and septal cholinergic neurons from postnatal, two-week-old in cultured. Neuroscience, 1991,40:445

    5,Nagasawa H, Kogare K. Correlation between cerebral blood flow and hi stologic changes in a new rat model of middle cerebral artery occlusion. Stroke, 1989,20:1037

    6,周厚纶,童逸龄,朱长庚.脑缺血的大鼠海马区纹状体一氧化氮合酶神经元的 变化. 神经解剖学杂志, 1995,2:109
, 百拇医药
    7,Endoh M, Maiese K, Pulsinelli W A et al. Reactive astrocytes exp ress NADPH diaphorase in vivo after transient ischemia. Neurosci Lett, 1993,154:125

    8,Yamada M, Hatanaka H. Interleukin-6 protects cultured rat hippocamp al neurons against glutamate-induced death. Brain Res, 1994,643:173

    9,Dawson V L, Dawson T M, Bartley D A et al. Mechanism of nitric o xide-mediated neurotoxity in primary brain cultures. J Neurosci, 1993,13:2651
, 百拇医药
    10,Frei K, Malipiero U V, Leist T P et al. On the cellular source a nd function of interleukin-6 produced in the central nervous system in vival disease. Eur J Immunol, 1989,19:689

    11,Toulmond S,Vige X,Fage D et al. Local infusion of interleukin-6 attenuates the neurotoxic effects of NMDA on rat striatal cholinergic neuron. Neurosci Lett, 1992,144:49

    (收稿;1999-07-12), 百拇医药