IL-1促周围神经再生的实验研究
作者：杨静 裴福兴 杨志明 成娘
单位：610041 成都,华西医科大学临床学院骨科(杨静、裴福兴、杨志明),病理科(成娘)
关键词：神经再生；神经再生室；白细胞介素-1；白细胞介素-1ra
中华创伤杂志/980206.htm 【摘要】 目的 采用神经再生室研究IL-1(interleukin-1)对周围神经再生的影响。方法 将72只SD大鼠随机分为IL-1、IL-1ra(interleukin-1 receptor antagonist)和等渗盐水三组。术后1、3、6周取材作组织形态学检查。结果 IL-1组周围神经再生明显优于IL-ra组和等渗盐水组。IL-1ra组和等渗盐水组间没有明显差异。结论 IL-1具有促进周围神经再生的作用。
Study of Interleukin-1 in Stimulating Peripheral Nerve Regeneration YANG Jing, PEI Fu-xing, YANG Zhi-ming, et al. Dept. of Orthopaedics, First University Hospital, West China University of Medical Sciences, Chengdu 610041
, 百拇医药
【Abstract】 Aim To study the effects of Interleukin-1(IL-1) on peripheral nerve regeneration after injury. Methods Seventy-five SD rats were divided randomly into three groups. IL-1 was injected into the chamber of one experimental group (IL-1 group), equal quantity of IL-1 receptor antagonist (IL-1ra) into the chamber of another experimental group (IL-1ra group), and equal quantity of saline into the control group (saline group). The specimens were observed histologically. Results The number of nerve regeneration in IL-1 group was more than that in both IL-1ra group and saline group, but no difference between IL-1ra group and saline group. Conclusion IL-1 can enhance the regeneration of peripheral nerve and stimulate the proliferation of Schwann cells, fibroblasts, macrophages, and endothelial cells.【Key words】 Nerve regeneration Nerve regeneration chamber Interleukin-1 Interleukin-1 receptor antagonist
, 百拇医药
IL-1(interleukin-1)具有参与炎症反应,调节免疫反应,刺激细胞增殖、增生,促进其他细胞因子产生及调节代谢的多种作用。近年来,IL-1对神经再生的促进作用又受到国内外学者的广泛关注[1，2]。笔者采用硅胶管桥接大鼠坐骨神经缺损形成神经再生室,分别于再生室内给予IL-1、IL-1ra(interleukin-1 receptor antagonist)、等渗盐水,于术后不同时期分别作再生神经组织学检查,探讨IL-1对周围神经再生的影响。
材料与方法
1.动物实验:75只SD大白鼠随机分为IL-1、LI-1ra和等渗盐水三组,以3‰戊巴比妥钠按30mg/kg腹腔内麻醉。取左大腿后部正中切口,显露梨状肌下缘至胫腓分叉处的坐骨神经段,切除4mm长的坐骨神经。9-0无创缝线导入缝合法缝合两神经断端外膜,并将两神经断端导入内径1.8mm、长12mm的硅胶管内各3mm,硅胶管外打结固定,形成神经再生室。对照组再生室内分别注入等渗盐水40μl,IL-1组注入IL-1a(30μg/ml)40μl,IL-1ra组注入IL-1ra(0.5ng/μl)40μl(IL-1、IL-1ra由美国晶美公司提供)。
, http://www.100md.com
2.检测方法:(1)检测时间:分别于术后1、3、6周取材作组织学检查。(2)大体观察:观察再生室内组织的生长情况。(3)组织学检查:再生神经分别距近端缝合口1、3、5mm处作横切片,然后HE染色、神经纤维Marsland染色及髓鞘Woelche染色。组织切片用Mias-1000图像分析系统作图像分析,计数正常神经及再生神经各段的神经纤维密度、髓鞘厚度、轴突直径、雪旺细胞数。(4)统计学处理:实验结果以均数±标准差表示。组内分析用方差分析,两组间比较采用Q检验进行两两比较。单侧检验,P<0.05为统计显著性界值。
结 果
1.大体观察:术后1周,见三个组再生室内充满液体及纤维性凝块,组织脆弱易断裂。术后3周,三个组再生室内均见有再生组织连接体连接神经缺损,外观大体无差异。术后6周,三个组再生室内均有再生组织连接体连接神经缺损,再生组织较3周时明显增粗。
2.镜下组织学观察及图形图像分析:(1)术后1周:各动物神经缺损处组织连接体远近端横切片均未见到再生的神经纤维。再生组织由大量的红细胞、单核细胞、巨噬细胞、成纤维样细胞及粉红色的基质组成。IL-1组的组织连接体内炎性细胞明显增多,较等渗盐水组和IL-1ra组增多。(2)术后3周:三个组均见再生室内神经缺损处组织连接体远近端横切面有再生神经纤维呈束状排列,周围由类似上皮样细胞形成神经外膜样结构。HE染色显示有血管增生,成纤维细胞、巨噬细胞、雪旺细胞增生明显。远段神经指标值见崐表1。(3)术后6周:三个组再生神经干远近端横切片均见再生的神经纤维,数量较3周时增多,呈束状,排列规则,可见明显的神经外膜样结构形成。远段神经指标值见表2。
, 百拇医药
讨 论
自1979年Lundborg等[3]提出用神经再生室研究周围神经再生的微环境及再生过程以来,神经再生室已成为研究周围神经再生较成熟、理想的方法。笔者用硅胶管桥接坐骨神经缺损形成神经再生室,研究IL-1促神经再生的作用。
1.IL-1促进神经再生作用。本研究结果显示,术后1周,三个组再生室内有肉芽样组织及液体,外观上没有明显差别。镜下组织学观察显示,再生室内组织为大量红细胞及炎性细胞、成纤维细胞及粉红色基质,未见有再生神经纤维及血管形成。炎性细胞的浸润是由于神经损伤的直接刺激引起,提示神经对损伤的早期反应是一个急性炎症过程[4]。IL-1组再生室内组织切片示炎细胞、成纤维样细胞丰富,说明IL-1发挥了对单核细胞、巨噬细胞的趋化作用。活化的巨噬细胞、单核细胞是内源性LI-1的主要来源,并分泌TNF、FGF和基质蛋白[5]。IL-1是神经损伤后NGF合成分泌增高的主要介质[6]。周围神经损伤后再生室内基质的形成和细胞浸润是神经再生必须的支架成分,提示IL-1促神经再生作用早期可能与IL-1促进巨噬细胞、单核细胞、成纤维样细胞的浸润,促进基质形成有关。术后3、6周时,再生组织切片显示三个组均有神经纤维再生,但同期IL-1组再生神经纤维在数量、髓鞘厚度、轴突直径方面均优于IL-1ra组及等渗盐水组。术后6周时,再生神经纤维数量、神经纤维直径及髓鞘厚度明显优于3周时的再生神经纤维。表明神经纤维进一步生长、成熟,但未达到正常神经纤维的数量、质量。再生神经纤维虽有成束分布及外膜样结构形成,但较正常神经仍差[3]。国外大量的实验表明,经长期(1年半)观察,再生神经轴突仍未达到正常成熟程度,且再生的神经纤维只有1/6～1/7能到达远端的效应器官形成轴突联系,未到达远端的效应器官的轴突最终退变消失。其原因目前不十分清楚,可能与神经纤维错长有一定关系。IL-1促神经再生的机制是通过与周围神经中非
, 百拇医药
表1 术后3周远段神经各指标值 组别
神经纤维密度(个/mm2)
髓鞘厚度(μm)
轴突直径(μm)
Schwann细胞数(个/mm2)
血管数(个/mm2)
IL-1Grp1
881.00±43.00
2.09±0.05
1.04±0.12
, 百拇医药
489.00±48.00
76.00±19.00
IL-1raGrp2
570.00±51.00
1.87±0.03
0.90±0.04
344.00±57.00
19.00±3.00
SalineGrp3
606.00±42.00
1.83±0.03
, 百拇医药
0.82±0.02
374.00±34.00
16.00±3.00
F值
75.89
55.29
12.62
7.16
48.00
P值
<0.05
<0.05
, 百拇医药 <0.05
<0.05
<0.05
P1,2
<0.05
<0.05
<0.05
<0.05
<0.05
P1,3
<0.05
<0.05
, 百拇医药
<0.05
<0.05
<0.05
P2,3
>0.05
>0.05
>0.05
>0.05
>0.05
表2 术后6周远段神经各指标值 组别
神经纤维密度(个/mm2)
髓鞘厚度(μm)
, http://www.100md.com
轴突直径(μm)
Schwann细胞数(个/mm2)
血管数(个/mm2)
IL-1Grp1
1070.00±85.00
5.47±0.47
1.56±0.03
481.00±38.00
61.00±13.00
IL-1raGrp2
, 百拇医药
586.00±30.00
4.58±0.41
1.33±0.30
373.00±38.00
15.00±4.00
SalineGrp3
613.00±21.00
5.07±0.36
1.37±0.02
394.00±48.00
13.00±6.00
, http://www.100md.com
F值
60.19
14.22
64.40
16.38
29.00
P值
<0.05
<0.05
<0.05
<0.05
<0.05
P1,2
, 百拇医药
<0.05
<0.05
<0.05
<0.05
<0.05
P2,3
>0.05
>0.05
>0.05
>0.05
>0.05
神经元细胞膜上受体结合,促进这些细胞中NGF-mRNA的转录,提高NGF-mRNA的稳定性,使NGF-mRNA持续增高35倍,从而增加NGF的合成及分泌。这些非神经元细胞主要是成纤维细胞、雪旺细胞等。NGF能促进感觉神经纤维、交感神经纤维及损伤的运动神经纤维的再生,并对神经元有保护作用。IL-1促神经再生的作用是由NGF介导的[1，2]。 2.IL-1促进雪旺细胞、血管内皮细胞增殖。本研究结果显示,术后3、6周时HE染色的切片,IL-1组再生组织中雪旺细胞、血管数明显优于IL-1ra组和等渗盐水组(P<0.05)。提示IL-1可刺激雪旺细胞及血管内皮细胞分裂增殖,促进雪旺细胞合成分泌NGF增加。国外学者报告,IL-1具有刺激角膜及脑组织新生血管形成的作用。大量增生的血管能提供神经再生必须的营养物质及氧气,促进神经再生。
, 百拇医药
3.IL-1ra对周围神经再生的影响。本研究结果表明,IL-1ra组神经再生比IL-1组差(P<0.05),但与等渗盐水组没有明显差异(P>0.05)。IL-1ra是单纯的受体拮抗剂,它能和IL-1受体结合但不产生任何激动作用,其生物学效应是通过与IL-1受体结合后阻断IL-1的生物学作用。IL-1ra和IL-1竞争IL-1受体,但其亲合力比IL-1低得多。体外细胞培养发现,IL-1ra要阻断IL-1 50%的作用需要500倍剂量IL-1ra。本研究中IL-1ra未能阻断内源性IL-1促神经纤维再生的作用,神经纤维再生与等渗盐水组没有明显差异,与Guenard的报告不一致。这可能与本研究中所用IL-1ra浓度低、剂量小有关。另外,IL-1ra在结构上和TNF、FGF相似,三者之间有许多相同的生物学效应,并有相互协同作用。目前已证实这类细胞因子对神经再生有一定的促进作用,内源性的TNF、FGF可能干扰实验结果[7]。
参 考 文 献
, 百拇医药 1 Mary ES, Dale EMcF, Suhayl DJ. Different effect of interleukin-1 β on Ia expression in astrocytes and macroglia. J Neuroimmunol, 1993, 46∶97-104.
2 Wehling P, Wirths J, Evans CH. The effect of cytokines on regeneration results of compressed nerve roots and transsected peripheral nerves. Z Orthop Ihre Grenzgeb, 1993, 131∶83-93.
3 Goran L, Hans AH. Regeneration of peripheral nerve through a preformed tissue space. Preliminary observations on the reorganization of regenerating nerve fibres and perineurium. Brain Research, 1979, 178∶573-576.
, 百拇医药
4 Nils D, Lars BD, Peter T. Inflammatory cells and mediators in the silicone chamber model for nerve regeneration. Biomaterials, 1993, 14∶1180-1185.
5 Michael RW, Stanley PR. Changes in plasma cytokines associated with peripheral nerve injury. J Neuroimmunol, 1992, 39∶261-268.
6 Lars BD. Stimulation of regeneration of the sciatic nerve by experimentally induced inflammation in rats. Scand J Plast Reconstr Hand Surg, 1992, 26∶121-125.
7 William PA, Charles HH. Interleukin-1 receptor antagonist activity of a human interleukin-1 inhibitor. Nature, 1990, 343∶336-340.
(收稿:1997-12-08 修回:1998-01-21), 百拇医药
单位：610041 成都,华西医科大学临床学院骨科(杨静、裴福兴、杨志明),病理科(成娘)
关键词：神经再生；神经再生室；白细胞介素-1；白细胞介素-1ra
中华创伤杂志/980206.htm 【摘要】 目的 采用神经再生室研究IL-1(interleukin-1)对周围神经再生的影响。方法 将72只SD大鼠随机分为IL-1、IL-1ra(interleukin-1 receptor antagonist)和等渗盐水三组。术后1、3、6周取材作组织形态学检查。结果 IL-1组周围神经再生明显优于IL-ra组和等渗盐水组。IL-1ra组和等渗盐水组间没有明显差异。结论 IL-1具有促进周围神经再生的作用。
Study of Interleukin-1 in Stimulating Peripheral Nerve Regeneration YANG Jing, PEI Fu-xing, YANG Zhi-ming, et al. Dept. of Orthopaedics, First University Hospital, West China University of Medical Sciences, Chengdu 610041
, 百拇医药
【Abstract】 Aim To study the effects of Interleukin-1(IL-1) on peripheral nerve regeneration after injury. Methods Seventy-five SD rats were divided randomly into three groups. IL-1 was injected into the chamber of one experimental group (IL-1 group), equal quantity of IL-1 receptor antagonist (IL-1ra) into the chamber of another experimental group (IL-1ra group), and equal quantity of saline into the control group (saline group). The specimens were observed histologically. Results The number of nerve regeneration in IL-1 group was more than that in both IL-1ra group and saline group, but no difference between IL-1ra group and saline group. Conclusion IL-1 can enhance the regeneration of peripheral nerve and stimulate the proliferation of Schwann cells, fibroblasts, macrophages, and endothelial cells.【Key words】 Nerve regeneration Nerve regeneration chamber Interleukin-1 Interleukin-1 receptor antagonist
, 百拇医药
IL-1(interleukin-1)具有参与炎症反应,调节免疫反应,刺激细胞增殖、增生,促进其他细胞因子产生及调节代谢的多种作用。近年来,IL-1对神经再生的促进作用又受到国内外学者的广泛关注[1，2]。笔者采用硅胶管桥接大鼠坐骨神经缺损形成神经再生室,分别于再生室内给予IL-1、IL-1ra(interleukin-1 receptor antagonist)、等渗盐水,于术后不同时期分别作再生神经组织学检查,探讨IL-1对周围神经再生的影响。
材料与方法
1.动物实验:75只SD大白鼠随机分为IL-1、LI-1ra和等渗盐水三组,以3‰戊巴比妥钠按30mg/kg腹腔内麻醉。取左大腿后部正中切口,显露梨状肌下缘至胫腓分叉处的坐骨神经段,切除4mm长的坐骨神经。9-0无创缝线导入缝合法缝合两神经断端外膜,并将两神经断端导入内径1.8mm、长12mm的硅胶管内各3mm,硅胶管外打结固定,形成神经再生室。对照组再生室内分别注入等渗盐水40μl,IL-1组注入IL-1a(30μg/ml)40μl,IL-1ra组注入IL-1ra(0.5ng/μl)40μl(IL-1、IL-1ra由美国晶美公司提供)。
, http://www.100md.com
2.检测方法:(1)检测时间:分别于术后1、3、6周取材作组织学检查。(2)大体观察:观察再生室内组织的生长情况。(3)组织学检查:再生神经分别距近端缝合口1、3、5mm处作横切片,然后HE染色、神经纤维Marsland染色及髓鞘Woelche染色。组织切片用Mias-1000图像分析系统作图像分析,计数正常神经及再生神经各段的神经纤维密度、髓鞘厚度、轴突直径、雪旺细胞数。(4)统计学处理:实验结果以均数±标准差表示。组内分析用方差分析,两组间比较采用Q检验进行两两比较。单侧检验,P<0.05为统计显著性界值。
结 果
1.大体观察:术后1周,见三个组再生室内充满液体及纤维性凝块,组织脆弱易断裂。术后3周,三个组再生室内均见有再生组织连接体连接神经缺损,外观大体无差异。术后6周,三个组再生室内均有再生组织连接体连接神经缺损,再生组织较3周时明显增粗。
2.镜下组织学观察及图形图像分析:(1)术后1周:各动物神经缺损处组织连接体远近端横切片均未见到再生的神经纤维。再生组织由大量的红细胞、单核细胞、巨噬细胞、成纤维样细胞及粉红色的基质组成。IL-1组的组织连接体内炎性细胞明显增多,较等渗盐水组和IL-1ra组增多。(2)术后3周:三个组均见再生室内神经缺损处组织连接体远近端横切面有再生神经纤维呈束状排列,周围由类似上皮样细胞形成神经外膜样结构。HE染色显示有血管增生,成纤维细胞、巨噬细胞、雪旺细胞增生明显。远段神经指标值见崐表1。(3)术后6周:三个组再生神经干远近端横切片均见再生的神经纤维,数量较3周时增多,呈束状,排列规则,可见明显的神经外膜样结构形成。远段神经指标值见表2。
, 百拇医药
讨 论
自1979年Lundborg等[3]提出用神经再生室研究周围神经再生的微环境及再生过程以来,神经再生室已成为研究周围神经再生较成熟、理想的方法。笔者用硅胶管桥接坐骨神经缺损形成神经再生室,研究IL-1促神经再生的作用。
1.IL-1促进神经再生作用。本研究结果显示,术后1周,三个组再生室内有肉芽样组织及液体,外观上没有明显差别。镜下组织学观察显示,再生室内组织为大量红细胞及炎性细胞、成纤维细胞及粉红色基质,未见有再生神经纤维及血管形成。炎性细胞的浸润是由于神经损伤的直接刺激引起,提示神经对损伤的早期反应是一个急性炎症过程[4]。IL-1组再生室内组织切片示炎细胞、成纤维样细胞丰富,说明IL-1发挥了对单核细胞、巨噬细胞的趋化作用。活化的巨噬细胞、单核细胞是内源性LI-1的主要来源,并分泌TNF、FGF和基质蛋白[5]。IL-1是神经损伤后NGF合成分泌增高的主要介质[6]。周围神经损伤后再生室内基质的形成和细胞浸润是神经再生必须的支架成分,提示IL-1促神经再生作用早期可能与IL-1促进巨噬细胞、单核细胞、成纤维样细胞的浸润,促进基质形成有关。术后3、6周时,再生组织切片显示三个组均有神经纤维再生,但同期IL-1组再生神经纤维在数量、髓鞘厚度、轴突直径方面均优于IL-1ra组及等渗盐水组。术后6周时,再生神经纤维数量、神经纤维直径及髓鞘厚度明显优于3周时的再生神经纤维。表明神经纤维进一步生长、成熟,但未达到正常神经纤维的数量、质量。再生神经纤维虽有成束分布及外膜样结构形成,但较正常神经仍差[3]。国外大量的实验表明,经长期(1年半)观察,再生神经轴突仍未达到正常成熟程度,且再生的神经纤维只有1/6～1/7能到达远端的效应器官形成轴突联系,未到达远端的效应器官的轴突最终退变消失。其原因目前不十分清楚,可能与神经纤维错长有一定关系。IL-1促神经再生的机制是通过与周围神经中非
, 百拇医药
表1 术后3周远段神经各指标值 组别
神经纤维密度(个/mm2)
髓鞘厚度(μm)
轴突直径(μm)
Schwann细胞数(个/mm2)
血管数(个/mm2)
IL-1Grp1
881.00±43.00
2.09±0.05
1.04±0.12
, 百拇医药
489.00±48.00
76.00±19.00
IL-1raGrp2
570.00±51.00
1.87±0.03
0.90±0.04
344.00±57.00
19.00±3.00
SalineGrp3
606.00±42.00
1.83±0.03
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0.82±0.02
374.00±34.00
16.00±3.00
F值
75.89
55.29
12.62
7.16
48.00
P值
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, 百拇医药 <0.05
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P1,2
<0.05
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P1,3
<0.05
<0.05
, 百拇医药
<0.05
<0.05
<0.05
P2,3
>0.05
>0.05
>0.05
>0.05
>0.05
表2 术后6周远段神经各指标值 组别
神经纤维密度(个/mm2)
髓鞘厚度(μm)
, http://www.100md.com
轴突直径(μm)
Schwann细胞数(个/mm2)
血管数(个/mm2)
IL-1Grp1
1070.00±85.00
5.47±0.47
1.56±0.03
481.00±38.00
61.00±13.00
IL-1raGrp2
, 百拇医药
586.00±30.00
4.58±0.41
1.33±0.30
373.00±38.00
15.00±4.00
SalineGrp3
613.00±21.00
5.07±0.36
1.37±0.02
394.00±48.00
13.00±6.00
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F值
60.19
14.22
64.40
16.38
29.00
P值
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P1,2
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<0.05
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P2,3
>0.05
>0.05
>0.05
>0.05
>0.05
神经元细胞膜上受体结合,促进这些细胞中NGF-mRNA的转录,提高NGF-mRNA的稳定性,使NGF-mRNA持续增高35倍,从而增加NGF的合成及分泌。这些非神经元细胞主要是成纤维细胞、雪旺细胞等。NGF能促进感觉神经纤维、交感神经纤维及损伤的运动神经纤维的再生,并对神经元有保护作用。IL-1促神经再生的作用是由NGF介导的[1，2]。 2.IL-1促进雪旺细胞、血管内皮细胞增殖。本研究结果显示,术后3、6周时HE染色的切片,IL-1组再生组织中雪旺细胞、血管数明显优于IL-1ra组和等渗盐水组(P<0.05)。提示IL-1可刺激雪旺细胞及血管内皮细胞分裂增殖,促进雪旺细胞合成分泌NGF增加。国外学者报告,IL-1具有刺激角膜及脑组织新生血管形成的作用。大量增生的血管能提供神经再生必须的营养物质及氧气,促进神经再生。
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3.IL-1ra对周围神经再生的影响。本研究结果表明,IL-1ra组神经再生比IL-1组差(P<0.05),但与等渗盐水组没有明显差异(P>0.05)。IL-1ra是单纯的受体拮抗剂,它能和IL-1受体结合但不产生任何激动作用,其生物学效应是通过与IL-1受体结合后阻断IL-1的生物学作用。IL-1ra和IL-1竞争IL-1受体,但其亲合力比IL-1低得多。体外细胞培养发现,IL-1ra要阻断IL-1 50%的作用需要500倍剂量IL-1ra。本研究中IL-1ra未能阻断内源性IL-1促神经纤维再生的作用,神经纤维再生与等渗盐水组没有明显差异,与Guenard的报告不一致。这可能与本研究中所用IL-1ra浓度低、剂量小有关。另外,IL-1ra在结构上和TNF、FGF相似,三者之间有许多相同的生物学效应,并有相互协同作用。目前已证实这类细胞因子对神经再生有一定的促进作用,内源性的TNF、FGF可能干扰实验结果[7]。
参 考 文 献
, 百拇医药 1 Mary ES, Dale EMcF, Suhayl DJ. Different effect of interleukin-1 β on Ia expression in astrocytes and macroglia. J Neuroimmunol, 1993, 46∶97-104.
2 Wehling P, Wirths J, Evans CH. The effect of cytokines on regeneration results of compressed nerve roots and transsected peripheral nerves. Z Orthop Ihre Grenzgeb, 1993, 131∶83-93.
3 Goran L, Hans AH. Regeneration of peripheral nerve through a preformed tissue space. Preliminary observations on the reorganization of regenerating nerve fibres and perineurium. Brain Research, 1979, 178∶573-576.
, 百拇医药
4 Nils D, Lars BD, Peter T. Inflammatory cells and mediators in the silicone chamber model for nerve regeneration. Biomaterials, 1993, 14∶1180-1185.
5 Michael RW, Stanley PR. Changes in plasma cytokines associated with peripheral nerve injury. J Neuroimmunol, 1992, 39∶261-268.
6 Lars BD. Stimulation of regeneration of the sciatic nerve by experimentally induced inflammation in rats. Scand J Plast Reconstr Hand Surg, 1992, 26∶121-125.
7 William PA, Charles HH. Interleukin-1 receptor antagonist activity of a human interleukin-1 inhibitor. Nature, 1990, 343∶336-340.
(收稿:1997-12-08 修回:1998-01-21), 百拇医药