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编号:10228346
急性脊髓损伤后脊髓组织内皮素-1mRNA表达的实验研究
http://www.100md.com 《中华创伤杂志》 2000年第2期
     作者:鲁凯伍 侯铁胜 傅强 蒋应明

    单位:鲁凯伍 侯铁胜 傅强(上海,第二军医大学附属长海医院骨科 200433);蒋应明(第二军医大学生理学教研室)

    关键词:脊髓损伤;内皮素-1;核糖核酸,信使;原位杂交

    中华创伤杂志000210摘 要:目的 探讨内皮素-1(ET-1)在急性脊髓损伤中的表达及其作用机制。 方法 应用35 g负荷压迫大鼠胸段脊髓(T8~9) 5 min,造成大鼠胸段脊髓急性中度损伤;借助原位杂交组织化学方法,定位、定量研究大鼠急性脊髓损伤后早期ET-1 mRNA表达的时间和空间分布特征。结果 脊髓压迫伤后30 min ET-1 mRNA表达明显增多,4 h达最高峰,一直持续至72 h恢复至正常水平。ET-1 mRNA表达阳性细胞主要是神经元细胞,高表达区在脊髓前角(Ⅸ区)。 结论 伤后脊髓组织中ET-1含量增多的主要原因之一是由于其转录水平的异常表达,ET-1是脊髓继发性损伤的重要损害因子。
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    Experimental study on expression of endothelin-1 mRNA in spinal cord tissues from acute spinal cord injury

    LU Kaiwu, HOU Tiesheng, FU Qiang, et al.

    (Dept. of Orthopedics, Changhai Hospital, The Second Military Medical University, Shanghai 200433, China)

    Abstract:Objective To explore mRNA expression and action mechanism of endothelin-1(ET-1) in spinal cord injury (SCI). Methods The thoracic spinal cord (T8-9) of rats was compressed by a load of 35 g for 5 minutes,which caused an acute and moderate injury.By means of in situ hybridization histochemistry (ISHH), the distributive particularities in time and location of the early expression of ET-1 messenger ribonucleic acid (ET-1 mRNA) in injured spinal cord tissues from rats were qualitatively and quantitatively measured. Results The expression of ET-1 mRNA increased 30 minutes after spinal cord compression and reached its climax at 4 hours. Then, it decreased slowly to normal level at 72 hours.The positive cells of the ET-1 mRNA expression were localized to neuronal cell bodies in spinal cord. The highly expressive regions were in the ventral horn (laminae IX). Conclusions An increase of ET-1 concentration in injured spinal cord tissues is mainly from its abnormal expression of transcription level. ET-1 is a key injury factor in secondary injury after acute spinal cord injury.
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    Key words:Spinal cord injury; Endothelin-1; RNA, messenger; In situ hybridization▲

    初步证实,内皮素(ET)作为一种重要的神经肽在体内发挥着广泛的生物学效应,同时也发现ET参与了多种出血性和缺血性脑损害的形成。近年来,在脊髓损伤早期也发现ET表达增多,但对其机制研究报道极少。笔者研究大鼠急性脊髓损伤后早期ET-1 mRNA表达特征,旨在探讨ET-1在继发性脊髓损伤中的作用机制。

    材料与方法

    1. 实验动物分组:健康雄性SD大鼠60只,体重(350±20)g,随机均分为10组 :正常组;对照组(单纯行T8~10椎板切除);脊髓损伤后0.5,2,4,8,12,24,48,72 h组。

    2. 损伤模型的制备及取材:采用Nystrom等[1]法从后路压迫脊髓:用质量浓度为60 g/L的水合氯醛腹腔注射麻醉大鼠(300 mg/kg),分离、咬除T8~10椎板,暴露出T8~9,保持硬脊膜完整。固定两端棘突。通过一2.2 mm×5 mm弧形金属垫片压迫T8~9脊髓后侧,压迫重量为35 g,时间5 min,造成脊髓中度损伤。取材:按分组时间将大鼠麻醉后开胸,行胸主动脉插管灌注。先灌注50 ml灭菌等渗盐水,然后灌注250 ml质量浓度为40 g/L的多聚甲醛和3 g/L的饱和苦味酸混合液,维持20 min后完整取出脊髓组织,后固定6~12 h。再入质量浓度为200 g/L的蔗糖和40 g/L的多聚甲醛混合液中脱水。伤段脊髓行连续冠状切片,厚50 μm,固定4~6 h。
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    3. 原位杂交:(1)探针合成:将含有大鼠ET-1cDNA序列编码区的质粒PCR 1000 (Yanagisawa博士馈赠)转化入HB101大肠杆菌(Promega公司,美国)后大量扩增,经EcoRⅠ酶切后制成线性DNA模板。采用T7 RNA聚合酶(Promega公司)体外转录,RNA地高辛随机引物标记盒(Boehringen Mannheim公司,美国)标记制成反义ET-1 cRNA探针。(2)原位杂交:采用飘染法。①切片预处理:切片依次入下列溶液漂洗:0.1 mol/L磷酸缓冲液(PBS) 5 min×3次,0.1 mol/L甘氨酸/PBS 5 min,质量浓度为4 g/L的 Triton X-100/ 0.1 mol/L PBS 15 min,1 μg/ml蛋白酶K 37℃水浴30 min,质量浓度为40 g/L的多聚甲醛PBS 5 min,0.1 mol/L PBS 3 min×2次,质量浓度为2.5 g/L的乙酸酐 10 min,2×SSC 10 min。②杂交及显色:切片用灭菌滤纸吸干后入杂交液中(探针含量0.5 μg/ml),43℃杂交12~16 h。将切片依次挑入4×SSC、2×SSC(含RNA酶 A,20 μg/ml)、1×SSC、0.5×SSC 37℃漂洗15 min,再入0.05 mol/L PBS漂洗5 min×3次。吸干后入碱性磷酸酶标记抗地高辛抗体Fab片段(1∶1 000)稀释液中,室温放置4 h。用0.05 mol/L PBS冲洗5 min×4次,TSM1 15 min×2次,TSM2 25 min×2次。最后入硝基四氮唑蓝(NBT)和5-嗅,4-嗅,3-吲哚基-磷酸(BCIP)显色液中,室温避光显色3 h。常规贴片封片。
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    4. 结果判定及统计学处理:ET-1 mRNA杂交阳性细胞胞浆内含有紫蓝色颗粒。每组任选10张切片,计算机图像分析仪(中国科学院自动化研究所)上由未知实验细节者计算脊髓前角阳性颗粒灰度和面积。所有数据用±表示,采用t检验行统计学处理。

    结 果

    正常组、对照组T7~8灰质神经元胞浆内可见淡紫蓝色阳性颗粒。前角Ⅸ区大多极神经元胞浆内着色较深。后角Ⅰ~Ⅲ区未见阳性细胞。Ⅳ~Ⅵ区及中央管周围Ⅹ区见中等量杂交阳性神经元。在非神经元细胞,包括胶质细胞和星形细胞,未见阳性信号。白质中无着色。灰质中偶见阳性血管内皮细胞表达。见图1,2。损伤组T7~8灰质中ET-1 mRNA表达明显增多,主要表现为数目增多,着色变深。非神经元细胞及白质中未见阳性表达,后角Ⅰ~Ⅲ区见少量阳性细胞表达。损伤后0.5 h即有明显表达增多,主要表现在前角(Ⅸ区)。见图3,4。经统计学处理,前角阳性颗粒灰度和面积与对照组比较有显著性差异(P<0.05)。见表1。损伤后4 h ET-1 mRNA表达达高峰(P<0.01),48 h仍有明显升高(P<0.05),至72 h趋于正常水平。正常组与对照组比较无明显差异。
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    图1 正常大鼠T8~9 ET-1 mRNA原位杂交结果 碱性磷酸酶法染色2.5×10

    图2 正常大鼠T8~9前角ET-1 mRNA原位杂交结果 碱性磷酸酶法染色2.5×40

    图3 损伤4 h,大鼠T8~9 ET-1 mRNA原位杂交结果 碱性磷酸酶法染色3.3×10

    图4 损伤4 h,大鼠T8~9前角ET-1 mRNA原位杂交结果 碱性磷酸酶法染色3.3×40
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    表1 大鼠胸髓T8~9压迫损伤后前角ET-1 mRNA原位杂交图像分析结果(±) 组别

    灰度值

    灰度面积(×103 μm2)

    正常组

    74.44±7.12

    2.11±0.34

    对照组

    72.80±6.95
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    2.09±0.32

    损伤组(h)

    0.5

    67.45±4.90*

    2.70±0.29*

    2

    64.21±5.12**

    2.98±0.36*

    4

    52.25±6.51**

    3.52±0.40**
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    8

    57.67±6.48**

    3.25±0.41**

    12

    56.93±6.41**

    3.19±0.43**

    24

    63.70±6.72**

    3.08±0.39**

    48

, 百拇医药     69.25±4.26*

    2.93±0.37*

    72

    70.35±6.86

    2.18±0.29

    与对照组比较: *P<0.05 **P<0.01讨 论

    本实验中发现,在正常大鼠胸髓灰质神经元胞浆内有ET-1 mRNA表达。除后角(Ⅰ~Ⅲ区)未见表达外,在背角(Ⅳ~Ⅵ区)、外侧柱(Ⅶ~Ⅷ区)、中央管周围(Ⅹ区)、前角(Ⅸ区)均有一定量的阳性表达。尤以前角表达较多。本结果与Giaid等[2]报告的正常人脊髓组织中ET-1 mRNA分布特点相似。灰质中偶见血管内皮细胞呈阳性结果,这可能与灰质中血管较细不易辨认及血管内皮细胞ET-1 mRNA表达较少有关。在灰质胶质细胞及白质中均未见表达,这与Giaid等[2]结果一致。表明ET-1除在正常生理状态保持一定的水平维持血管张力外,还可能直接参与神经细胞间信息传递、神经调节等功能[3]。本实验证实,大鼠脊髓急性损伤后早期即有伤段脊髓ET-1 mRNA表达明显增多,在4 h达到高峰,并持续达72 h。Salzman等[4]发现脊髓中度打击伤(5 g×10 cm)后0.5, 4,24 h伤段脊髓组织中ET-1水平明显增加。已发现的急性脊髓损伤早期的损害介质主要有兴奋性氨基酸、前列腺素、血小板活化因子、一氧化氮等,但这些介质主要在伤后4 h显著增高,而脊髓继发性损伤在伤后24 h才达到高峰。因此,笔者认为,ET-1可能是脊髓损伤后4~24 h内的主要损害因子。
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    脊髓损伤后伤段脊髓ET-1 mRNA空间分布特点与正常脊髓组织相似。损伤后明显的变化是脊髓前角(Ⅸ区)表达异常增多。表明脊髓前角是损伤后ET-1合成的主要场所。ET-1是一种神经旁分泌因子,外周合成分泌的ET-1不能透过血脊髓屏障。因此,笔者推测,脊髓损伤后局部ET-1含量增高可能原因是通过损伤,直接或间接刺激ET-1 mRNA异常表达,从而使局部ET-1合成分泌增多。

    目前认为,血管机制和神经生化机制是脊髓继发性损伤的两大机制。而血管机制被认为是脊髓损伤后功能能否恢复的关键[5]。ET-1是目前已知的最强的缩血管物质,其受体广泛分布于血管和非血管区。生理状态下,ET-1在中枢神经系统的主要作用是:(1)血管调节;(2)神经调节。前者的作用机制较清楚,收缩血管的效应主要是通过作用于血管区内皮素A型(ETA)受体。在脑损伤及脑出血、缺血性疾病中,由于ET-1合成分泌增加,导致脑血管较长时间痉挛、脑血流量降低,最终导致脑神经元损害。近年来,一些学者研究了ET-1在大鼠脊髓继发性损伤中的作用。Salzman等[4]证实,蛛网膜下腔注射不同剂量ET-1可造成不同程度的脊髓功能损害。蛛网膜下腔注射ET-1 9.6 ng,大鼠可出现轻度运动功能障碍,注射48 ng 可导致重度运动功能障碍。Westmark等[6]发现蛛网膜下腔注射ET-1可明显降低脊髓血流量,较长时间(3~24 h)破坏血脊髓屏障。笔者等[7]近期的实验表明,脊髓损伤早期给予ET受体拮抗剂可明显改善损伤脊髓血流及促进脊髓功能的恢复。以上充分证实,ET-1参与了脊髓继发性损伤的形成。
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    参考文献:

    [1]Nystrom B, Berglund JE, Bergquist E. Methodological analysis of an experimental spinal cord compression model in the rat. Acta Neurol Scand, 1988,78: 460-466.

    [2]Giaid A, Gibson SJ, Ibrahim NBN, et al. Endothelin-1, an endothelium-derived peptide, is expressed in neurons of the human spinal cord and dorsal root ganglia. Proc Natl Acad Sci USA, 1989,86: 7634-7638.

    [3]Catalan RE, Aragones MD, Martinez AM, et al. Involvement of sphingolipids in the endothelin-1 signal transduction mechanism in rat brain. Neurosci Lett, 1996, 220: 121-124.
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    [4]Salzman SK, Acosta R, Beck G, et al. Spinal endothelin content is elevated after moderate local trauma in the rat to levels associated with locomotor dysfunction after intrathecal injection. J Neurotrauma, 1996, 13: 93-99.

    [5]Tator CH, Koyanagi I. Vascular mechanisms in the pathophysiology of human spinal cord injury. J Neurosurg, 1997, 86: 483-492.

    [6]Westmark R, Noble LJ, Fukuda K, et al. Intrathecal administration of endothelin-1 in the rat: impact on spinal cord blood flow and the blood-spinal barrier. Neurosci Lett, 1995, 192: 173-176.

    [7]鲁凯伍,侯铁胜,傅强.内皮素受体拮抗剂PD142893对大鼠损伤脊髓血流及功能的影响.第二军医大学学报, 1999,20:519-521.

    收稿日期:1998-09-24, 百拇医药