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编号:10273250
大鼠急性局灶性脑缺血再灌注脑组织NO含量和NOS活性的变化
http://www.100md.com 《临床神经病学杂志》 2000年第4期
     作者:姜德华 金男革 玄汉石 李在琉

    单位:姜德华(221009南京铁道医学院附属徐州医院神经外科);金男革 玄汉石 李在琉(延边大学医学院生理学教研室)

    关键词:脑缺血再灌注;一氧化氮;一氧化氮合酶;7-硝基吲唑

    临床神经病学杂志000403 【摘要】 目的 探讨一氧化氮(NO)和神经元型NO合酶(nNOS)是否参与急性局灶性脑缺血再灌注的发病机理。方法 采用栓线法建立大鼠大脑中动脉阻塞(MCAO)模型,观察脑组织NO含量和一氧化氮合酶(NOS)活性的变化及 nNOS抑制剂7-硝基吲唑(7-NI)对再灌注期两者的影响。结果 缺血30分钟NO含量和NOS活性显著升高,缺血3小时两者下降;再灌注30分钟NO和NOS再次升高,而再灌注3小时两者又下降。7-NI能显著降低再灌注期升高的NO含量和NOS活性。结论 NO和nNOS在急性局灶性脑缺血再灌注的病理过程中起重要作用。
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    The changes of NO content and NOS activity

    in cerebral tissue during acute focal

    cerebral ischemia and reperfusion in rats

    Jiang Dehua,Jin Nange,Xuan Hanshi

    (Department of Neurosurgery,Xuzhou Affiliated Hospital of Nanjing Railway Medical College,Xuzhou 221009)

    【Abstract】 Objective To study whether nitric oxide (NO) and neuronal NO synthase (nNOS) were involved in the pathogenesis of acute focal cerebral ischemia and reperfusion.Methods Using rat model of a middle cerebral artery occlusion (MCAO) by suture mothod, NO content and NOS activity in brain during and after ischemia and the effect of nNOS inhibitor 7-nitroindazole(7-NI) on them were observed.Results NO content and NOS activity in cerebral tissue significantly increased after 30 min ischemia and then decreased after 3 h;NO content and NOS activity again increased in 30 min reperfusion, but in 3 h reperfusion they decreased. 7-NI could significantly inhibite NO content and NOS activity in 30 min reperfusion after 3 h MCAO.Conclusion NO and nNOS may play an importent role in acute focal cerebral ischemia and reperfusion during the pathologic process.
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    【Key words】 Cerebral ischemia and reperfusion Nitric oxide Nitric oxide synthase 7-nitroindazole

    一氧化氮(NO)是新发现的一种自由基,参与机体循环、呼吸、免疫等许多系统病理生理过程。生物体内的NO由L-精氨酸和分子氧在一氧化氮合酶(NOS)的作用下合成的,NOS是一组同工酶,分为神经元型(nNOS)、诱导型(iNOS)和内皮型(eNOS)。在脑内NOS不仅存在于血管内皮细胞,血管周围神经,也分布于神经细胞[1],因此,NO有可能参与脑缺血再灌注的发病机理。本研究用栓线法大鼠大脑中动脉阻塞(MCAO)模型,观察急性脑缺血再灌注脑组织NO和NOS活性的变化和nNOS抑制剂7-硝基吲唑(7-NI)对再灌注期两者的影响,探讨NO和nNOS是否参与脑缺血再灌注的发病机理。

    1 材料与方法
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    1.1 材料

    1.1.1 实验动物 健康雄性Wistar大鼠51只,体重230~260 g,由延边大学医学院实验动物科提供。随机分为6组。正常组,假手术组,缺血30分钟组,缺血3小时组,缺血3小时再灌注30分钟组(此组再分为单纯缺血再灌注组,7-NI组,7-NI加L-精氨酸组,7-NI加D-精氨酸组)和缺血3小时再灌注3小时组。假手术组和正常组合并作为对照组。

    1.1.2 试剂 7-NI、L-精氨酸、D-精氨酸、花生油均由美国Sigma公司提供。实验当日,取 7-NI (25 mg/kg)溶于2 ml花生油中,配成悬浮液。取L-精氨酸或D-精氨酸(300 mg/kg)溶于2 ml生理盐水中。NO和NOS测试盒由南京建成生物工程研究所提供。

    1.2 方法

    1.2.1 建立栓线法大鼠MCAO模型 参照Longa法[2],即从右侧颈外动脉插入直径0.20~0.22 mm、头端加热成光滑球形的尼龙栓线,进线约18.5 mm,略感阻力,证明栓线头端已达大脑前动脉,阻断了MCA的所有血流来源。缺血3小时后,外拔栓线再灌注。动物麻醉清醒后可表现为提尾后左侧前肢屈曲内收。爬行时向左侧转圈。凡具备以上体征者方可入选本实验。假手术组除不插入栓线外,其余操作同上。
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    1.2.2 脑组织NO含量和NOS活性测定 正常大鼠和缺血或缺血再灌注组各时间点,再麻醉大鼠,断头处死,迅速取手术侧额顶背外侧皮质和基底节约0.1 g,称重,加冰冷生理盐水研磨成10%组织匀浆,匀浆液在12000 g 4℃下离心20分钟,取上清液-20℃冷藏。采用Griess反应[3]测定NO的最终产物NO-2、NO-3。NOS测定采用分光光度法[4]。组织NOS定义为每毫克组织蛋白每分钟生成的1 nmol NO为一个活性单位。蛋白定量采用Lowry法[5]

    1.2.3 统计方法 所有数据用均数±标准差表示,采用团体比较t检验法。脑组织NO含量和NOS活性变化作直线相关分析。

    2 结 果

    2.1 假手术组(假手术6小时后)与正常组相比,脑组织NO含量和NOS活性均无显著差异(P>0.05)。详见表1。
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    2.2 脑组织NO含量和NOS活性的变化 缺血30分钟组NO含量和NOS活性与对照组相比显著升高(P<0.01),而缺血3小时组NO含量和NOS活性明显下降,NO含量接近对照组,但NOS活性仍高于对照组(P<0.05);缺血3小时再灌注30分钟组脑组织NO含量和NOS活性再次升高,再灌注3小时组NO含量和NOS活性又下降,但仍高于对照组。详见表2。

    表1 假手术组和正常组大鼠脑组织NO含量及

    NOS活性的比较(±s) 分组

    例数

    NO

    (μmol/g*pron)

    NOS活性
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    (nmol/min*mg*pron)

    假手术组

    5

    0.21±0.05

    0.4593±0.0502

    正常组

    10

    0.20±0.04

    0.4398±0.0649

    表2 大鼠脑缺血3小时再灌注3小时NO含量

    和NOS活性的动态变化(±s) 分组
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    NO

    (μmol/g*pron)

    NOS活性

    (nmol/min*mg*pron)

    缺血30 min组

    0.72±0.19

    0.7321±0.0737

    缺血3 h组

    0.27±0.08

    0.5166±0.0691△●
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    缺血3h再灌注30 min组

    0.92±0.18▲●

    0.8534±0.0972▲●

    缺血3h再灌注3 h组

    0.35±0.09△●

    0.5992±0.0822▲●

    对照组

    0.21±0.04

    0.4463±0.0593

    与对照组比较P<0.05;P<0.01;分别与上一组比较P<0.01
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    急性局灶性脑缺血再灌注脑组织NO含量和NOS活性的动态变化行直线相关分析,发现两者呈显著的正相关(相关系数:r=0.9837,P<0.01)。

    2.3 7-NI(25 mg/kg)能显著抑制缺血3小时再灌注30分钟组升高的脑组织NO水平和NOS活性(P<0.01),7-NI的效应可被L-精氨酸(300 mg/kg)逆转,而D-精氨酸无此逆转作用。详见表3。

    表3 7-NI对大鼠缺血3小时再灌注30分钟脑组织

    NO含量和NOS活性的影响(±s) 分组

    NO

    (μmol/g*pron)

, 百拇医药     NOS活性

    (nmol/min*mg*pron)

    缺血3h再灌注30min组

    0.92±0.18

    0.8534±0.0972

    7-NI组

    0.20±0.05

    0.4390±0.0733

    7-NI+L-精氨酸组

    0.79±0.14★■

    0.7521±0.1300★
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    7-NI+D-精氨酸组

    0.26±0.08

    0.4373±0.0789

    与缺血3小时再灌注30 min组比较P<0.01 ;与7-NI组比较P<0.01;与7-NI+D-精氨酸组比较P<0.05;P<0.01

    3 讨 论

    NO的化学性质活泼,半衰期极短,难以直接测定。在生物体内,NO代谢转化为NO-2和NO-3,NO-2又进一步转化成NO-3。本实验测定NO-2和NO-3之和间接反映脑组织NO的水平。NOS是NO合成的关键因素,体内NO的生物作用完全依赖于NOS的活性。因此,对NOS的测定是深入研究NO生理病理作用的重要环节。本研究表明,在大鼠缺血30分钟和缺血3小时再灌注30分钟脑组织NO含量和NOS活性明显升高;而缺血3小时和缺血3小时再灌注3小时脑组织NO含量和NOS活性回落,呈独特的双峰性变化。说明NO参与大鼠急性局灶性脑缺血再灌注的发病机理。这与Malinski等[6]和Tominage等[7]分别用电极法和电子偏磁共振技术检测脑组织NO的结果相似。将脑组织NO含量和NOS活性的动态变化做直线相关分析,发现两者呈显著的正相关。说明NO和NOS的测定方法是可靠的。急性局灶性脑缺血早期脑组织NO含量和NOS活性升高的可能机理:首先,脑缺血后神经末梢释放大量的谷氨酸,刺激N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)受体,使细胞内Ca2+浓度升高,激活NOS活性,促进NO的产生。其次,脑缺血时ATP耗竭,能量代谢障碍和cAMP依赖性蛋白激酶活性下降,使NOS脱磷酸化,NOS活性增强。此时的NO主要来源于eNOS[8]。随着持续缺血,脑组织内O2、L-精氨酸的供给减少,eNOS磷酸化以及使NOS中巯基亚硝基化,使缺血30分钟后NOS活性逐渐被抑制。
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    缺血3小时再灌注30分钟脑组织NO含量和NOS活性再次升高,可能与O2、L-精氨酸再供给,细胞内Ca2+浓度再升高,激活NOS活性有关。为了进一步探讨此时NO的酶来源,本研究在大鼠脑缺血90分钟后腹腔注射特异性nNOS抑制剂7-NI[9],显著抑制缺血3小时再灌注30分钟升高的NO含量和NOS活性,说明大鼠急性局灶性脑缺血再灌注期,NO主要来源于nNOS,nNOS参与脑缺血再灌注的病理过程。NO的合成底物L-精氨酸可以逆转7-NI的作用,而D-精氨酸无此逆转作用,进一步表明NO的升高与nNOS的活性增强密切相关。

    大量的研究表明NO在脑缺血中的作用是多方面的、复杂的。这可能与脑缺血的时程和NO的酶来源有关。业已证明急性局灶性脑缺血早期,来源于eNOS的NO对脑缺血有保护作用[8],而来源于nNOS的NO对缺血神经元的作用,有待于进一步的研究。

    参考文献
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    1,Dawson TM, Snyder SH. Gases as biological messengers: nitric oxide and carbon monoxide in the brain. J Neurosci, 1994, 14: 5147

    2,Longa EZ, Weinstein PR, Carlson S, et al. Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats. Stroke, 1989, 20: 84

    3,Green LC, Wagner DA, Glogowski J, et al. Analysis of nitrate, nitrite and [15N]nitrate in biological fluids. Anal Biochem, 1982, 126: 131
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    4,Knowles RG, Salter M, Brooks SL, et al. Anti-inflammatory glucocirti-coids inhibit the induction by endotoxin of nitric oxide synthase in the lung, liver and aorta of the rat. Biochem Biophys Res Commun, 1990 ,172:1042

    5,Lowry OH, Rosebrough NJ, Farr AL, et al. Protein measurement with the folin phenol reagent. J Biol Chem, 1951, 193: 165

    6,Malinski T, Bailey F, Zhang ZG, et al. Nitric oxide measured by a porphyrinic microsensor in rat brain after transient middle cerebral artery occlusion. J Cere Blood Flow Metab, 1993, 13: 335
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    7,Tominaga T, Sato S, Ohnishi T, et al. Potentiation of nitric oxide formation following bilateral carotid occlusion and focal cerebral ischemia in the rat: in vivo detection of the nitric oxide radical by electron paramagnetic resonance spin trapping. Brain Res,1993, 614:342

    8,Iadecola C, Zhang F, Casey R, et al. Inducible nitric oxide synthase gene expression in vascular cells after transient focal cerebral ischemia.Stroke, 1996, 27: 1373

    9,Moore PK, Babbedge RC, Wallace P, et al. 7-Nitro indazole, an inhibitor of nitric oxide synthase,exhibits anti-nociceptive activity in the mouse without increasing blood pressure. Br J Pharmacoi,1993,108:296

    (收稿1999-07-06 修回2000-04-13), 百拇医药