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编号:10238231
庆大霉素耳中毒后鸡前庭感觉上皮细胞再生的实验研究
http://www.100md.com 《同济大学学报(医学版)》 1999年第2期
     作者:肖红俊 汪吉宝

    单位:同济医科大学附属协和医院耳鼻咽喉科, 武汉 430022

    关键词:前庭器;毛细胞;再生;5-溴脱氧尿核苷

    同济医科大学学报990218 摘要 为探讨氨基糖甙类药物损伤后,鸡前庭感觉上皮细胞是否与听觉毛细胞一样具有再生能力,按每d 60 mg/kg剂量给鸡肌注庆大霉素,共10 d。然后,分别于庆大霉素注射结束后第1、7 d,经腹腔注射细胞增殖标记物5-溴脱氧尿核苷(5-brmodeoxyuridine,BrdU),6 h后处死动物,取颞骨制备石蜡切片,应用免疫细胞化学染色技术,观察损伤后前庭感觉上皮中的细胞增殖活动。结果发现:椭圆囊斑、球囊斑及壶腹嵴上均可见标记阳性细胞。从标记细胞核的解剖位置来看, 标记支持细胞及标记毛细胞均可见。显示鸟纲动物前庭感觉上皮细胞具有较强的对抗病理损伤的再生修复能力。

, http://www.100md.com     中图法分类号 R322.9, R339.3, Q525

    Experimental Study on Hair Cell Regeneration after Gentamicin Toxicity in the Avian Vestibular Epithelium

    Xiao Hongjun, Wang Jibao

    Department of Otolaryngology, Xiehe Hospital, Tongji Medical University, Wuhan 430022

    Abstract Whether the chick vestibular sensory epithelium is capable of regenerating hair cells following aminoglycoside ototoxicity was investigated. The chicks received daily intramuscular injection of 60 mg/kg gentamicin sulfate (GM) for 10 days. At 1, 7 days after GM injection, the animals were intraperitoneally given 5-bromodeoxyuridine (BrdU) of 100 mg/kg bodyweight. Six h later, chicks were killed, and the temporal bones were processed for BrdU immunohistochemistry to examine the mitotic activity in chick vestibular epithelium. The results showed that large number of labeled cells were found in macula sacula, macula utricli and crista ampullaris. From the position of labeled cell nuclei of view, both labeled supporting cells and labeled hair cells could be distinguished. It was concluded that the chick vestibular sensory epithelium is capable of regenerating hair cells after severe damage.
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    Key words avian; vestibular system; hair cell; regeneration; 5-bromodeoxyuridine

    长期以来,一直认为各种后天性原因,如外伤、感染、药物中毒、衰老、免疫损伤等引起的前庭感觉上皮不可逆病变将导致永久性前庭功能丧失。Roberson等[1]及Warchol等[2]研究表明,出生后鸡前庭上皮细胞仍保持低水平的持续增殖(ongoing production)能力。那么,病理损伤后的前庭感觉上皮是否与听觉毛细胞一样能够再生并恢复其生理功能?对这一问题的深入研究具有重要的理论和实践意义。本实验根据细胞周期理论,应用免疫细胞化学技术,探讨庆大霉素耳中毒后鸡前庭感觉上皮细胞的再生现象及有关规律。报道如下。

    1 材料与方法

    1.1 主要试剂与仪器
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    5-溴基尿核苷(BrdU),抗BrdU单克隆抗体购于美国Sigma公司。辣根过氧化物酶标记的链霉卵白素(SP试剂盒)为美国Zymed公司产品。硫酸庆大霉素注射液为湖北宜昌制药厂产品。石蜡切片机为美国Richert公司产品。光学显微镜为日本Nicon公司产品。

    1.2 实验动物

    选用发育正常的8 d龄伊莎褐蛋鸡(ISA 法国种鸡),由武汉种鸡场提供,雌雄不限,体重50~60 g,共12只动物。

    1.3 实验方法

    1.3.1 大剂量庆大霉素致前庭中毒损伤:每只动物按60 mg/kg剂量大腿肌肉注射庆大霉素致前庭中毒,每d 1次,连续注射10 d。

    1.3.2 细胞增殖标记物——BrdU的活体内引入:12只动物分为两组,各6只,分别于庆大霉素注射结束后第1、7 d,按100 mg/kg剂量给鸡腹腔注射BrdU(灭菌PBS液稀释)。6 h后处死动物(真核细胞增殖的S期时程平均为6 h),断头取出颞骨。
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    1.3.3 组织学处理: 显微镜下暴露鼓室后,经前庭窗至蜗窗缓慢灌注Bouin's液,作迷路内固定,然后置入Bouin's液中固定24 h,10 g/L EDTA-Na脱钙,梯度酒精脱水,二甲苯透明。于固定、脱水及透明时各真空抽气10 min。定向石蜡包埋,取与鸡基底乳头纵轴相垂直的平面作前庭连续切片,片厚4 μm,每组连续8~10张取片,间隔60 μm后再取另一组。铬明胶液贴片,干燥后冻存备用。

    1.3.4 免疫细胞化学染色: 参考Sugihara等[3]方法进行。石蜡切片经二甲苯脱蜡,下行酒精至水。将切片置于900 ml/L甲醇溶液(含过氧化氢)中孵育15 min以消除内源性过氧化物酶的活性,PBS漂洗后置于4 mol/L盐酸溶液中,以解除DNA的双链结构,暴露BrdU。然后,加入含0.5 % Triton-X100的抗BrdU单克隆抗体(1∶500稀释)孵育30 min。经漂洗后再加入1∶300稀释的辣根过氧化物酶标记的链霉卵白素,最后加入0.05%二氨基联苯胺-0.02%过氧化氢底物液显色3~5 min,蒸馏水终止反应,脱水后中性树脂封固。光镜观察,核呈棕褐色者为标记阳性细胞(S期细胞)。部分切片于免疫组织化学染色完成后,行轻度苏木素复染。根据被标记细胞核所处的解剖位置来鉴别其细胞类型,核位于感觉上皮组织基底层者为标记支持细胞,位于感觉上皮全层上2/3者为标记毛细胞。
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    2 结 果

    2.1 经庆大霉素中毒损伤后前庭感觉上皮细胞的增殖状态

    在共约320张,厚为4μm的前庭器官切片中,260张切片发现标记阳性细胞,每张切片中的标记阳性细胞数量由几个到十几个不等。较生理状态下,前庭感觉上皮的持续增殖的细胞数量显著增多。

    2.2 增殖细胞的类型

    被标记的阳性细胞为处于S期的增殖细胞。就其核出现的位置来看,既有位于感觉上皮组织基底层的支持细胞;也有位于感觉上皮组织全层上2/3处的毛细胞;而大多数标记细胞核位于感觉上皮组织的中间层或上1/2的位置。另外,从两个时间组的结果比较,可以发现这些处于中间层位置的标记细胞核呈现向上,即向前庭上皮组织腔面移行的趋势,推测这些细胞很可能是新生毛细胞的前体细胞(图1,2)。
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    图1 停药后1 d球囊斑感觉上皮中的标记细胞,其数量较生理条件下的自然增殖明显增多 ×400

    图2 停药后7 d壶腹脊感觉上皮中的标记细胞,核呈棕褐色位于腔面者为标记毛细胞,核呈蓝色者为非标记细胞。苏木素复染 ×400

    3 讨 论

    经研究发现,所有脊椎动物的味觉及嗅觉系统,鱼纲及两栖纲的视觉、侧线器官及电感受系统的感觉上皮均存在着持续的细胞增殖,并且在对抗病理性损伤时可表现出快速的细胞增殖[4]。相反,高等动物的神经细胞、心肌细胞受损伤后,缺乏再生修复能力,这些似乎提示,生理条件下的细胞持续增殖与病理状态下的再生之间存在着某种联系,即如果前者不存在,后者也不会发生。

    Roberson等[1],Warchol等[2]的实验证实,内耳发育成熟后的鸡前庭感觉上皮中存在着低水平的细胞增殖,包括支持细胞、毛细胞的增殖。这种自然增殖的意义可能是替代自然衰老、死亡的细胞,而非增加前庭上皮细胞的总数。那么,这种低水平的自然增殖是否预示着高分化的前庭感觉上皮同时具备对抗病理损伤的再生能力?
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    本实验连续大剂量注射庆大霉素,导致鸡前庭感觉上皮细胞的破坏,在体引入细胞增殖标记物,应用免疫细胞化学方法,发现受损伤后的前庭感觉上皮表现出较强的病理性再生能力。从标记细胞的数量上看,远远大于生理状态下的持续增殖细胞的总数,表明中毒性损伤所致的某些病理性因素刺激了更多的G0期细胞进入细胞增殖周期,并随着恢复时间的后延,增殖细胞核在前庭感觉上皮中的位置呈现出由下往上迁移的趋势,并可在腔面出现标记毛细胞。这些结果提示位于基底层的支持细胞极可能是新生毛细胞的前体细胞,而且这些前体细胞可能经过了不只一个的细胞周期的连续分裂,最后才分化成毛细胞。另外,在腔面出现的标记毛细胞,其来源不能完全排除幸存的毛细胞在病理性损伤因素的刺激下,也能进入细胞周期的可能性。

    Weisleder等[4]观察比较了链霉素中毒后恢复期第1 d、第20 d、第60 d鸡前庭上皮细胞增殖细胞的分裂及分化状态。发现进入增殖状态的细胞数量随时间推移越来越多,起初主要为快速增殖、缓慢分化,表现为新生的、未分化的细胞数量明显增加;而后期特点是快速分化成熟,增殖减速,表现为已分化的细胞数量明显增加。这一规律和特点在本实验中也得到体现。
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    细胞生物学研究表明,损伤组织修复时细胞的增殖及静止细胞由G0期进入并完成细胞周期,需从周围环境中获得两种不同的刺激信号[5]:一种是使静止的非增殖细胞获得增殖能力的信号,叫启动因子;另一类信号使细胞度过G1期,进入S期并完成细胞周期,叫进展因子。如3T3成纤维细胞首先要暴露于血小板衍生生长因子(PDGF)而成为活化态(competence),而后在G1期的这种细胞再与进展因子如表皮生长因子产生效应,进入S期并完成细胞周期。

    Oesterle等[6]的实验发现,离体鸡前庭器官在无血清培养条件下,仍有新生支持细胞、毛细胞出现,而且在体受链霉素中毒损伤后的鸡前庭器官在体外无血清培养条件下,仍表现出很强的再生能力。这些结果提示,刺激前庭上皮细胞增殖和毛细胞分化的所有信号来源于局部,可能由这些前庭终末器官本身所释放。在前庭感觉上皮低水平的持续增殖与病理条件下的细胞增殖活动的规律性上行调节(up-regulation)的维持方面,神经支配并非是必不可少的环节,但也不排除在体时可能发挥一定的调控作用。这些情况,与胚胎期神经支配对毛细胞分裂、分化的影响基本相似。
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    本实验结果表明,经庆大霉素中毒损伤后的鸡前庭感觉上皮的再生性增殖(regenerative proliferation)的细胞数量远远大于生理状态下的低水平持续增殖的数量,与Weisleder等[4,7]的结果一致,这说明鸡前庭器官中的细胞增殖活动是一个可动态调节的过程,对抗庆大霉素损伤时,表现为上行调节(up-regulation),而且这一调节过程在离体无血清培养时,以及失去神经支配条件下仍能保持[6],表明这一调节机制由前庭终末器官本身完成,而与远处其它器官和神经支配活动无关。

    氨基糖甙类抗生素药物中毒后,鸡前庭器官能通过再生性增殖来修复其形态结构的同时,其功能也逐步恢复到正常水平。Jones等[8]通过观察链霉素中毒后鸡前庭诱发电位(VsEPs)的动态变化情况,证实了这一点。

    作者简介:肖红俊,男,1966年生,医学博士
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    参考文献

    1 Roberson D F,Weisleder P, Bohrer P S et al. Ongoing production of sensory cells in the vestibularepithelium of the chick. Hear Res, 1992, 57: 166

    2 Warchol M E,Corwin J T. Supporting cells in avian vestibular organs proliferate in serum-freeculture. Hear Res, 1993, 71:28

    3 Sugihara H, Hattorl T, Fukuda M. Immunohistochemical detection of bromodeoxyuridine in formalin-fixed tissues. Histochemistry, 1986, 85:193
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    4 Weisleder P, Rubel E W. Hair cell regeneration after streptomycin toxicity in the avian vestibular epithelium. J Comp Neurol,1993,331:97

    5 谭曾鲁,周柔丽主编.医学细胞生物学.北京: 北京医科大学 中国协和医科大学联合出版社,1992. 258-259

    6 Oesterle E C, Tsue T T,Reh T A et al. Hair-cell regeneration in organ culture of the postnatal chicken inner ear. Hear Res,1993,70:85

    7 Weisleder P,Rubel E W.Hair cell regeneration in the avian vestibular epithelium. Exp Neurol, 1992, 115:2

    8 Jones T A, Nelson R C. Recovery of vestibular function following hair cell destruction by streptomycin. Hear Res, 1992,62:181

    收稿日期:1998-06-01, 百拇医药