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编号:10501361
胚胎脊髓移植对大鼠损伤脊髓胶质纤维酸性蛋白表达的影响
http://www.100md.com 《中华创伤杂志》 2000年第7期
     胚胎脊髓移植对大鼠损伤脊髓胶质纤维酸性蛋白表达的影响

    张强 廖维宏 王正国 陈恒胜 伍亚民 李应玉

    摘 要 目的 研究大鼠脊髓损伤后胚胎脊髓(FSC)移植是否能够影响胶质纤维酸性蛋白(GFAP)的表达和伤后大鼠后肢功能的恢复情况。 方法 将60只大鼠分为脊髓半切洞损伤+胚胎脊髓移植组(A组)和单纯脊髓半切洞损伤组(B组)。伤后1,3,7,14,28 d,应用行为学和电生理检查观察大鼠功能恢复情况,应用原位杂交和免疫细胞化学方法观察GFAP的表达,并采用计算机图像分析技术,进行定量分析。 结果 大鼠脊髓损伤后GFAP的表达A组明显高于B组,A组损伤脊髓高表达GFAP持续至伤后28 d,B组仅持续至伤后14 d。增加的GFAP阳性细胞数目与神经功能的改善相一致。 结论 胚胎脊髓移植能诱导大鼠损伤脊髓高表达GFAP免疫反应和GFAP mRNA蛋白,并促进大鼠脊髓功能恢复。
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     关键词:脊髓损伤;脊髓,胚胎,移植;原位杂交;免疫组织化学;胶质纤维酸性蛋白

    实验性胚胎脊髓移植治疗脊髓损伤已取得良好效果,证实胚胎脊髓可以在宿主脊髓中存活、发育和分化,并形成部分纤维连接,且移植部位胶质瘢痕较少[1,2]。笔者采用原位杂交、免疫细胞化学技术和行为学检查,观察大鼠脊髓损伤后胚胎脊髓移植对大鼠脊髓胶质纤维酸性蛋白(GFAP)免疫反应和GFAP mRNA蛋白表达及功能恢复的影响,初步探讨胚胎脊髓移植对大鼠脊髓损伤修复的机制。

    材料与方法

    1.动物分组:Wistar大鼠60只,体重180~250 g,雌雄不拘。随机将动物均分为脊髓半切洞损伤+胚胎脊髓(FSC)移植组(A组)和单纯脊髓半切洞损伤组(B组)。伤后1,3,7,14,28 d,应用行为学和电生理检查观察大鼠后肢功能恢复情况,采用原位杂交和免疫细胞化学染色方法观察GFAP的表达。每个时相点每组6只动物。
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    2.手术方法:以质量浓度为10 g/L的戊巴比妥钠腹腔内注射麻醉(30 mg/kg),腰背部脱毛,无菌条件下暴露脊髓腰膨大处。用负压吸引方法毁损并吸除腰膨大处左侧半脊髓,造成约2 mm×2 mm×2 mm大小的洞腔。FSC供体为同种异体妊娠14 d大鼠,在麻醉和无菌条件下取出胎鼠。显微镜下仔细切取颈胸段胎鼠脊髓约2 mm,尽可能将胚胎脊髓表面的软脊膜等结缔组织切除干净,然后用玻璃针头吸取移植物,注入预制的脊髓洞腔内。B组脊髓损伤后用同样大小明胶海绵填充脊髓洞腔,9-0线缝合硬脊膜,逐层缝合切口。

    3.行为学检查:伤后1,3,7,14,28 d对动物称重和进行行为学检查及斜板试验[2],测量抓握、维持姿势能力和动物在斜板上维持5 s不滑下的角度。改良Tarlov评分[2]:0分:无自主性运动。1分:仅限于髋膝关节的非反射性运动。2分:髋、膝、踝3个主要关节的运动。3分:能主动支持体重和不协调步态,或偶尔出现协调步态。4分:前肢和后肢协调的步态,行走时有趾间关节的运动。5分:正常步态。
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    4.诱发电位检查:应用本院所研制的多功能神经诱发电位仪检查。动物麻醉后,选择左侧坐骨神经和对侧大脑皮层运动区分别进行电刺激,记录感觉诱发电位(SEP)和运动诱发电位(MEP)波形曲线,计算波峰和潜峰时。刺激频率4Hz,波宽0.2 ms,强度40~60 mV,信号经前置放大器放大10万倍,计算机叠加300次。t42001.gif (21254 bytes)

    图1 A组大鼠脊髓损伤后7 d GFAP mRNA的表达 原位杂交染色×200t42002.gif (20598 bytes)

    图2 B组大鼠脊髓损伤后7 d GFAP mRNA的表达 原位杂交染色×200
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    5.图像分析:GFAP mRNA染色以细胞浆呈明显的深蓝色为阳性染色,GFAP免疫细胞化学染色,以细胞浆呈明显的黄棕色为阳性染色。随机计数10张切片,切片经计算机图像分析系统处理,测定上述GFAP的标记细胞数,分别测出平均每张切片每平方毫米阳性细胞数。

    6. 统计学方法:采用t检验。

    结 果

    1. 原位杂交和免疫细胞化学染色检查结果:A组与B组在伤后1 d结果相似,脊髓损伤区附近均可见各节段切片灰质和白质中,有大量不规则分布的GFAP mRNA阳性细胞呈蓝色。伤后3 d即可见星形胶质细胞增大,各节段中, A组明显多于B组。A组各时相点阳性细胞分布呈一定时相和空间分布特点: GFAP mRNA面积细胞密度(cells/mm2)高峰在伤后7 d持续至28 d;伤后14 d在灰质和白质的星形胶质细胞形态,B组已接近正常,而A组表达仍然较高。在移植物与宿主脊髓交界区,GFAP mRNA阳性细胞明显减少,伤后7 d在移植物中几乎无GFAPmRNA阳性细胞。免疫细胞化学染色显示,GFAP免疫反应也出现类似变化趋势。各节段阳性细胞主要分布情况见图1~5,GFAP mRNA和GFAP阳性细胞数比较见表1~2。t42003.gif (21945 bytes)
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    图3 A组大鼠脊髓损伤后7 d GFAP的表达 免疫细胞化学染色 ×200t42004.gif (21655 bytes)

    图4 B组大鼠脊髓损伤后7 d GFAP的表达 免疫细胞化学染色 ×200

    表1 大鼠脊髓损伤后GFAP mRNA阳性细胞数统计(cells/mm2,xx1.gif (881 bytes)±s)

    组别

    伤后时间(d)
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    1

    3

    7

    14

    28

    A组

    135.50±12.51(6)

    236.74±16.64(6)

    350.68±19.86(6)

    454.85±25.05(6)△△

    296.50±18.77(6)
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    B组

    108.56±9.65(6)

    156.46±11.83(6)

    225.50±13.47(6)

    268.80±15.54(6)

    157.26±12.08(6)

    注:表中括号内数字为鼠数。与B组比较:P<0.05 △△P<0.01表2 大鼠脊髓损伤后GFAP阳性细胞数统计(cells/mm2,xx1.gif (881 bytes)±s)
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    组别

    伤后时间(d )

    1

    3

    7

    14

    28

    A组

    156.50±13.80(6)

    297.65±16.65(6)

    392.67±21.53(6)

    497.43±29.60(6)△△
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    318.09±15.69(6)

    B组

    139.86±10.65(6)

    176.86±12.80(6)

    246.65±13.87(6)

    284.85±16.74(6)

    171.46±12.85(6)

    注:表中括号内数字为鼠数。与B组比较:P<0.05 △△P<0.01t42101.gif (19712 bytes)
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    图5 A组大鼠脊髓损伤后7 d,胚胎移植物与宿主脊髓交界区GFAP的表达明显减少,移植物中少见GFAP阳性细胞 免疫细胞化学染色 ×400

    2.大鼠行为学检查:伤后1 d A组和B组大鼠均表现为双后肢瘫痪,行为学观察无明显差异;4 d时A组大鼠功能明显好于B组;28 d时A组大鼠已能行走,B组大鼠则行走困难。28 d时改良Tarlov评分,A、B组分别为(4.53±2.58)分和(2.86±0.78)分,两组比较差异有显著性意义(P<0.05)。斜板试验,A、B组分别为(74.82±7.04)°和(50.21±5.06)°,两组比较差异有显著性意义(P<0.05)

    3.电生理检查结果:A组MEP潜峰时损伤早期与B组无明显差异;伤后28 d A组潜峰时明显缩短,A组和B组分别为(1.96±0.26) ms和(4.50±0.65) ms, 两组差异有显著性意义(P<0.05)。SEP波峰变异性较大,两组潜峰时差异无显著性意义。
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    讨 论

    近20年来,国内外对胚胎脊髓移植治疗脊髓损伤进行了大量的实验研究,证明胚胎脊髓可以在宿主脊髓中存活、发育、生长、分化,并形成神经连接促进功能恢复。其可能的机制有:(1)胚胎脊髓能作为一个细胞桥填充损伤区,提供化学或机械的引导,刺激脊髓神经生长,引导损伤神经再生通过损伤区。(2)胚胎脊髓能够提供神经元,补偿由于损伤破坏丢失的细胞结构。(3)胚胎脊髓能产生有益于宿主脊髓的各种因子,这些营养因子能够挽救脊髓损伤后濒死的神经元,促进神经再生[1,2]

    GFAP主要用于标记损伤后胶质活动,在正常情况下GFAP受星形胶质细胞的动力调节[3]。损伤后增生的GFAP阳性星形胶质细胞能促进星形胶质细胞有丝分裂,使原始祖细胞分化到成熟的星形胶质细胞。各种中枢神经系统损伤均可引起星形胶质细胞反应[4]。星形胶质细胞反应的标志是细胞数增加,细胞体肥大,星形胶质细胞分支增多。星形胶质细胞在脊髓损伤后神经元存活和突触形成中起非常重要的作用。因为星形胶质细胞可以通过细胞裂解释放各种神经营养因子,有益于损伤脊髓的修复。实验证明,星形胶质细胞胞质裂解后能释放NGF、bFGF、IL-1、IL-3、IL-6、TNF等;损伤后,可能因为产生神经生长因子的需要,星形胶质细胞也增加它们细胞器的数量[5]。然而星形胶质细胞在大鼠脊髓损伤的修复作用具有二重性,既可以抑制也可以促进损伤修复[6]。成年大鼠脊髓损伤后,星形胶质细胞增生肥大,在囊肿和正常脊髓组织之间形成障碍,增生的瘢痕组织阻止轴突的生长[7]
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    本实验结果表明,胚胎脊髓移植后7 d,大鼠损伤脊髓GFAP免疫反应和GFAP mRNA蛋白表达均明显升高,持续在高水平达28 d。而单纯脊髓损伤组GFAP免疫反应和GFAP mRNA蛋白表达伤后14 d即明显下降,伤后28 d已基本恢复至伤后1 d的水平。改良Tarlov评分和斜板试验也出现了相同的变化趋势。因此,笔者的研究表明,脊髓损伤后应用胚胎脊髓移植能使损伤区周围脊髓GFAP免疫反应和GFAP mRNA蛋白高表达,并能促进大鼠后肢功能的恢复。在本实验过程中也观察到胚胎脊髓移植组在移植物和宿主脊髓交界区,GFAP免疫反应和GFAP mRNA蛋白表达明显降低,瘢痕组织较少。而在单纯脊髓损伤组,脊髓损伤交界区GFAP免疫反应和GFAP mRNA蛋白表达明显增高,瘢痕组织较多。说明胚胎脊髓组织移植后通过调节星形以及其他胶质细胞反应,不仅可以减少瘢痕组织的形成,而且可以促进大鼠脊髓功能的恢复。

    基金项目:全军医学重点实验室资助项目(97015)

    作者单位:张强(400042 重庆,第三军医大学附属大坪医院野战外科研究所)
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    廖维宏(400042 重庆,第三军医大学附属大坪医院野战外科研究所)

    王正国(400042 重庆,第三军医大学附属大坪医院野战外科研究所)

    陈恒胜(400042 重庆,第三军医大学附属大坪医院野战外科研究所)

    伍亚民(400042 重庆,第三军医大学附属大坪医院野战外科研究所)

    李应玉(400042 重庆,第三军医大学附属大坪医院野战外科研究所)

    张强(解放军第八十八医院骨科,泰安, 271000)

    参考文献

    1,Cheng H,Yihai D. Spinal cord repair in adult paraplegic rat: partial restoration of hind limb function. Science, 1996,273:510-514.
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    2,Zompa EA, Cain LD, Everhart AW,et al. Transplant therapy: recovery of function after spinal cord injury. J Neurotrauma, 1997,14:479-506.

    3,Day JR, Laping NJ, Lampert-Etchells M, et al. Gonadal steroids regulate the expression of glial fibrillary acidic protein in the adult male rat hippocampus. Neuroscience, 1993,55:435-443.

    4,Malhotra S, Shnitka T, Elabrink J. Reactive astrocytes: a review. Cytobios, 1990,61:133-160.
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    5,Baldwin ST, Broderick R, Blades DA. Alterations in temporal or spatial distribution of GFAP-postitive and vimentin-positive astrocytes after spinal cord contusion with the New York University spinal cord injury device. J Neurotrauma, 1998,15:1015-1026.

    6,Tatagiba M, Brosamle C, Schwab M. Regeneration of injured axons in the adult mammalian central nervous system. Neurosurgery, 1997,40:541-547.

    7,Hinkle D, Baldwin S, Scheff S,et al. GFAP and S100B gene expression in the cortex and hippocampus in response to mild cortical contusion. J Neurotrauma, 1997,14:729-738., 百拇医药