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编号:10250974
急性一氧化碳中毒大鼠脑内Bax基因表达初步探讨
http://www.100md.com 《急诊医学》
     作者:刘菲 刘郁

    单位:刘菲(110001沈阳,中国医科大学第一临床学院急诊科);刘郁(110001沈阳,中国医科大学第一临床学院急诊科)

    关键词:急性一氧化碳中毒;脑损伤;Bax基因

    急诊医学000402 【摘要】 目的:通过急性一氧化碳中毒后大鼠脑内细胞凋亡相关基因Bax表达的研究,探讨一氧化碳中毒致脑损伤的机制,为进一步研究把相应的基因治疗引入一氧化碳中毒后迟发脑病的防治提供依据。方法:体重150~250g的雄性SD大鼠,吸入2000~3000ppm的一氧化碳气60min,测定染毒后即刻和处死时碳氧血红蛋白(COHb)水平,断头取脑,分离大小脑,分别以网搓法制成单细胞悬液,经抗体结合荧光,应用流式细胞仪检测表示中毒后不同时间大小脑内Bax基因的表达量的平均荧光强度。结果:大鼠大小脑均表现为中毒后即刻Bax表达有所增高,中毒后24h达高峰,中毒后7d恢复到正常水平。结论:急性一氧化碳中毒可诱发脑内Bax基因的表达,Bax基因表达可能是急性一氧化碳中毒致脑损伤的病理机制之一。
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    Expression of Bax gene in the brains of rats after acute carbon monoxide poisoning

    Liu Fei,Liu Yu.

    (Department of Emergency Medicine,the First Clinical Colledge,China Medical University,Shenyang 110001)

    【Abstract】 Objective:The purpose of the study was to evaluate the expression of the apoptosis-associated gene,Bax,in the brains of rats after exposure to carbon monoxide.Methods:Thirty male SD rats,weighing 150~250g,were randomly divided into 6 groups.After exposure to 2000~3000ppm of CO for 60 minutes,the blood COHb levels of the rats were measured by co-oxmeter immediately after exposure and at the time of execution-24 hours、72 hours、7 days after the exposure.The cell suspensions were prepared from the cerebrum and the cerebellum of each rat.The expressed gene protein,Bax,in the cytoplasm of the cerebral and cerebellar cells was probed with fluorescence-FITC by combinding with antibodies,and then measured by flow cytometric method.The extent of the expression of the gene Bax was showed by mean fluorescence intensity(MFI).The data was analyzed by q-test.Results:COHb levels increased abruptly just after the CO exposure and returned to normal 24 hours after it,and there was no statistic difference among the COHb levels of CO exposed groups at the time just after the exposure.The basic levels of Bax(MFI) in cerebrum and cerebellum were 326.2±48.4 and 211.4±26.9 respectively.The expression of Bax in both cerebrum and cerebellum increased after CO exposure,reached the peak levels at 24 hours(462.3±45.7 and 358.2±37.9 respectively,P<0.01),and returned to normal on day 7.Conclusion:Acute carbon monoxide poisoning can induce the expression of gene Bax,which may be one of the mechanisms of brain damage caused by carbon monoxide poisoning.
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    【Key words】 Acute carbon monoxide poisoning Brain damage Bax gene

    急性一氧化碳(CO)中毒主要作用于中枢神经系统和心血管系统,其对脑损伤的病理机制,尤其是一氧化碳中毒后部分病人可出现迟发神经精神症(delayed neuropsychiatric sequelea,DNS)的机制仍不完全清楚[1,2]。1997年Piantadosi等利用免疫组化和电镜等方法检测出急性一氧化碳中毒后大鼠脑内有程序性细胞死亡的发生[3],这说明一氧化碳中毒可能引起神经细胞发生凋亡。本实验通过急性一氧化碳中毒后大鼠脑内细胞凋亡相关基因Bax表达的研究,探讨一氧化碳中毒致脑损伤的机制。

    1 材料和方法

    1.1 实验动物及分组 健康雄性SD大鼠30只(中国医科大学实验动物部提供),体重150~250g,随机均衡地分为6组:正常对照组,CO中毒空白对照组,CO中毒后即刻组,CO中毒后1、3、7d组。
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    1.2 实验仪器及试剂 一氧化碳气(99.95%,沈阳5005制气厂特气部),CO快速检测管(A型)和氧检测管(B型)(北京市朝阳区北苑检测分析仪器厂),流式细胞仪(Becton Dickinson FACScan),恒温离心机(Himac CF7D2),血气分析仪(AVL OMINI3,瑞士)。Bax兔Ig多抗(Santa Cruz Biotechnology,Inc),FITC标记羊抗兔IgG(Jackson Immunoresearch Laboratories,Inc),皂素(sigma),PBS(0.01M,pH7.2~7.4),上述试剂由北京中山生物技术有限公司提供。

    1.3 染毒装置及染毒过程 自制容量5L的CO染毒瓶,各染毒组大鼠置于染毒瓶内静式吸入CO 60min。染毒过程中每隔15min测定瓶内CO和O2浓度,根据测定结果补入CO和O2,使瓶内CO浓度维持在2000~3000ppm,O2浓度维持在21±3%。
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    1.4 COHb测定 所有染毒的大鼠在染毒后即刻均采血(球后静脉丛取血),立即应用血气分析仪检测,选定血氧测定模式,读取血COHb浓度数据。1、3、7d组大鼠在处死前均再次采血测定COHb浓度。

    1.5 脑单细胞悬液的获取 大鼠按即刻、1d、3d、7d分组,届时以10%水合氯醛3.5ml/kg腹腔注射麻醉,断头取脑,于冰上分离出大脑和小脑(正常组和空白对照组同法取脑)。于冰浴中把大小脑组织分别剪碎,用网搓法制成单细胞悬液,调节细胞浓度为1×106/ml[4,5]

    1.6 荧光标记胞浆内Bax蛋白 ①取制好的单细胞悬液0.5ml,加2%多聚甲醛0.5ml,0~4℃条件下放置至少10min;②1000rpm离心10min,弃上清,加入含1.0%皂角苷的PBS溶液50μl,0~4℃下置5min;③用含0.1%皂素的PBS溶液(PBS-S)洗一次,加入10μl Bax兔IgG多抗(1∶10),0~4℃下放置30min(对照管不加此抗体);④用PBS-S洗两次,加入10μl FITC标记羊抗兔IgG(1∶100),0~4℃下放置30min;⑤PBS-S再洗两次,制成0.5ml悬液,0~4℃保存,24h内上机检测[6]
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    1.7 检测 以488nm氩激光激发,用530nm滤光镜检测,测定每样本计数10000个细胞。经计算机系统Cellquest软件分析,绘制细胞数与荧光强度图,以抗体结合后平均荧光强度减去对照管本底平均荧光强度,即为代表Bax表达量的平均荧光强度(mean fluorescence intensity,MFI)[6,7]

    1.8 统计学分析 结果采用±s表示,COHb结果采用方差分析比较样本均数,Bax表达量采用方差分析,应用q检验做组间两两比较分析。

    2 结 果

    2.1 COHb水平 一氧化碳染毒各组在染毒后即刻COHb水平明显增高,各组间无统计学差异,而明显高于正常对照组和CO空白对照组。染毒后吸入空气1、3、7d后处死前采血测得的COHb水平均恢复到正常,与正常对照和空白对照组相比较无统计学差异(表1)。
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    表1 SD大鼠血COHb水平(±s,%) 组 别

    染毒后即刻

    处死前

    正常组

    —

    1.6±0.2

    对照组

    —

    1.3±0.6

    即刻组

    53.5±9.2*
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    —

    一天组

    50.8±6.9*

    1.4±0.6

    三天组

    51.5±4.2*

    1.5±0.5

    七天组

    52.3±5.5*

    1.6±0.5

    注:与正常组相比,*P<0.01,#P>0.05。
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    2.2 SD大鼠大小脑内Bax表达量 分别对SD大鼠大脑和小脑的Bax表达量各组结果采用方差分析,P<0.01,统计学差异明显。应用q检验对大脑和小脑各组均数两两比较(表2)。比较各组大脑和小脑Bax表达水平,大脑的Bax表达明显高于小脑(t检验,P<0.01)。

    表2 SD大鼠大脑和小脑Bax表达量(±s,MFI) 组 别

    大 脑

    小 脑

    正常组

    326.2±48.4*△

    211.4±26.9*△
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    对照组

    318.6±53.2*#

    192.3±31.5*#

    即刻组

    368.2±35.2*

    240.8±40.7*

    一天组

    462.3±45.7

    358.2±37.9

    三天组

    419.3±25.9
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    291.9±49.0*

    七天组

    342.9±31.3*#

    199.9±35.3*#

    注:与一天组相比,*P<0.01;与三天组相比,#P<0.01,△P<0.05。

    3 讨 论

    细胞凋亡是一个“有目的”的自身破坏性细胞死亡的过程,涉及细胞的基因信息编码机制的活化[8]。目前已发现很多基因参与细胞凋亡过程,Bax基因具有加速细胞凋亡的作用。本实验通过测定一氧化碳中毒大鼠脑内Bax基因表达产物—Bax蛋白的表达量的增加,探讨脑内细胞凋亡的发生和一氧化碳中毒脑损伤中Bax基因的作用。
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    3.1 Bax表达与COHb水平的关系 本实验观察到COHb水平在中毒后即刻明显增高,24h恢复正常;而Bax的表达在中毒后即刻有所增高,24h达高峰,提示CO并不直接使Bax表达增加。推测一氧化碳中毒可能通过某种机制诱发神经信号反应,使Bax表达即使在脱离CO吸入环境、COHb恢复正常后仍进行性发展,引起凋亡的发生,进一步加重脑损伤。

    3.2 CO中毒后大鼠脑内Bax表达的动态改变 实验观察到大小脑的Bax表达在一氧化碳中毒后均表现为先增加后降低,所不同的是:大脑Bax的基础水平较小脑高;中毒后3d,当小脑的Bax表达比中毒后一天组有明显降低时,大脑的Bax表达并未表现出明显低于一天组。其差异可能与大小脑细胞不同有关系。Piantadosi在1997年的研究中发现吸入2500ppm CO 60min的SD大鼠于中毒后3d脑神经元开始出现细胞凋亡,7d为高峰,持续到21d[3]。与本实验中发现Bax的表达相同的表现出先增高后降低的改变,但二者在时间上不是平行的。本实验观察到的Bax表达的时间先于Piantadosi发现的细胞凋亡发生的时间,提示先有基因的表达后引起凋亡发生的过程,Bax的表达促进细胞凋亡的发生,而随着凋亡细胞的增多,蛋白合成减少,Bax表达也降低。
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    3.3 Bax表达在一氧化碳中毒中的意义 Bcl-2和Bax都为Bcl-2基因家族的成员,研究指出Bax促凋亡作用的机制可能为Bax蛋白在膜上形成同源二聚体,产生离子通道,造成细胞内Ca2+超载,从而激活一系列酶,进而使细胞发生凋亡。Bcl-2可通过与Bax形成异源二聚体而起到抗凋亡的作用。目前研究指出,Bax与Bcl-2的表达比例决定细胞的生存与凋亡[9]。本实验观察到的Bax表达和Piantadosi发现的细胞凋亡都是在CO中毒后脱离中毒环境一段时间之后才明显增加,推测从相应的信号系统被激活到神经细胞出现凋亡需要一段时间,提示一氧化碳中毒脑损伤存在一个治疗的时间窗,在这个时间窗内可以通过阻止Bax表达增加或者阻止表达了的Bax蛋白对神经细胞的促凋亡作用而防止迟发性脑损伤发生。在脑缺血的研究中,有不少涉及到对脑缺血再灌注损伤的基因治疗,如应用转基因技术使脑内Bcl-2过度表达,可以增加神经元对缺血损伤的耐受性[10]。本实验观察到Bax基因在一氧化碳中毒脑损伤中起作用,为进一步研究把基因治疗引入一氧化碳中毒脑损伤的防治提供理论依据。从分子水平进一步全面揭示一氧化碳中毒脑损伤的机制,为DNS的防治提供有力依据,将是今后研究的方向。
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    参考文献

    1,Seger D,Welch L.Carbon monoxide controversies:neuropsychologic testing,mechanism of toxicity,and hyperbaric oxygen.Ann Emerg Med,1994,24:242~248

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    3,Piantadosi CA,Zhang J,Levin SD,et al.Apoptosis and delayed neuronal damage after carbon monoxide poisoning in the rat.Exp Neurol,1997,147:103~144
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    4,左连富主编.流式细胞术与生物医学.辽宁:辽宁科学技术出版社,1996.68~85

    5,苏志强,刘亢丁,饶明俐.流式细胞仪检测大鼠局灶性脑缺血再灌注后细胞凋亡的研究.中风与神经疾病杂志,1997,14:197~199

    6,Gottardi D,Alfarano A,De Leo AM,et al.In leukaemic CD5+ B cells the expression of Bcl-2 gene family is shifted toward protection from apoptosis.B J Haematol,1996,94:612~618

    7,左连富主编.流式细胞术与生物医学.辽宁:辽宁科学技术出版社,1996.86~110

    8,Blaine C,White MD,Jonathon M,et al.Apoptosis.Acat Emerg Med,1998,5:1019~1029
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    9,Oltrai ZN,Milliaman CL,Korsmyer SJ.Bcl-2 heterodimerizes in vivo with a conserved homolog,Bax,that accelerates cell death.Cell,1993,74:609~619

    10,Linnik MD,Zahos P,Geschwind MD,et al.Expression of Bcl-2 from defective herpes simplex virus-1 vector limits neuronal death focal cerebral ischemia.Stroke,1995,26:1670~1674

    (收稿:1999-06-18,修回:2000-05-22), 百拇医药