莫志銘
廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第五醫(yī)院,廣東 廣州 510000
·論著科研之窗·
尿酸在腦梗死中的神經(jīng)保護(hù)作用機(jī)制研究
莫志銘
廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第五醫(yī)院,廣東 廣州 510000
目的探討尿酸在腦梗死中的具體作用機(jī)制。方法應(yīng)用HT22細(xì)胞構(gòu)建氧糖剝奪(OGD)模型,加入不同濃度尿酸刺激,采用MTT檢測(cè)細(xì)胞增殖,TUNEL法檢測(cè)細(xì)胞凋亡,同時(shí)檢測(cè)ROS的產(chǎn)生情況。進(jìn)一步利用線栓法建立大鼠大腦中動(dòng)脈栓塞模型(MCAO),并注射入合適濃度尿酸,檢測(cè)腦組織缺損狀況。結(jié)果當(dāng)用不同濃度尿酸作用于神經(jīng)細(xì)胞時(shí),450 μmol/L濃度以內(nèi)的尿酸對(duì)細(xì)胞增殖影響并不顯著,但1 000 μmol/L的尿酸卻能顯著抑制細(xì)胞的增殖。低濃度(50 μmol/L)尿酸無法改善OGD/復(fù)氧時(shí)細(xì)胞增殖、凋亡和ROS產(chǎn)生的變化,而合適濃度(300 μmol/L)尿酸能顯著改善OGD/復(fù)氧時(shí)細(xì)胞的增殖和凋亡,同時(shí)減少ROS產(chǎn)生,不過高濃度(1 000 μmol/L)尿酸卻能進(jìn)一步下調(diào)細(xì)胞增殖能力,并且增強(qiáng)ROS產(chǎn)生。同時(shí),尿酸能顯著減輕MCAO模型中大鼠的腦組織損傷程度。結(jié)論不同濃度尿酸應(yīng)該具有不同作用,合適濃度的尿酸具有神經(jīng)保護(hù)作用,此發(fā)現(xiàn)可為尿酸的臨床治療研究提供指導(dǎo)作用。
尿酸;腦梗死;神經(jīng)保護(hù)作用;細(xì)胞增殖;大鼠
腦梗死(cerebral infarction,CI)占全部腦卒中的60%~80%,其病死率排在心肌梗死和癌癥之后,居第3位[1]。近年來,雖然對(duì)腦缺血后腦損傷的病理生理機(jī)制的研究取得重大進(jìn)步,但臨床治療策略的選擇仍然有限。因此,探討腦梗死的病理生理學(xué)機(jī)制,尋求有效的治療手段是當(dāng)前醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
血清尿酸(serum uric acid,SUA)是人體血清中內(nèi)源性和外源性嘌呤在黃嘌呤氧化酶作用下的代謝終產(chǎn)物,關(guān)于其與腦梗死的關(guān)系及其作用目前已有較多研究。臨床研究認(rèn)為,高尿酸血癥可能與缺血性腦卒中的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加、不良預(yù)后及早期死亡有關(guān)[2-3]。但越來越多新的臨床研究發(fā)現(xiàn)尿酸具有神經(jīng)保護(hù)作用[4-7]。我們對(duì)中國(guó)人群的臨床研究證明,血清尿酸適當(dāng)升高有利于青年腦梗死患者的預(yù)后[4]。對(duì)于目前尿酸在腦梗死中相互矛盾的結(jié)果,Huang等[8]的研究發(fā)現(xiàn),血尿酸水平與卒中病死率的關(guān)系呈濃度依賴性。因此,在腦梗死中不同濃度尿酸所起作用可能不同,甚至表現(xiàn)為截然相反的功能,但目前還缺失理論證明。本研究利用各種神經(jīng)細(xì)胞構(gòu)建氧糖剝奪模型(oxygen-glucose deprivation,OGD),并且在動(dòng)物模型上進(jìn)一步驗(yàn)證,從而全面系統(tǒng)的探討不同濃度尿酸在腦梗死中的作用。
1.1細(xì)胞培養(yǎng)小鼠海馬神經(jīng)元細(xì)胞系HT22購自武漢大學(xué)保藏中心,細(xì)胞用含10%胎牛血清(FBS)、100 μnits/mL青霉素和100 μg/mL鏈霉素的DMEM高糖培養(yǎng)基,置于37 ℃、5% CO2的培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)。
1.2氧糖剝奪模型構(gòu)建收集細(xì)胞,培養(yǎng)于無糖的Earle buffer中,置于氮?dú)馀囵B(yǎng)箱中(95% N2、3% CO2、2% O2)培養(yǎng)2 h。缺氧缺糖培養(yǎng)完畢后,置于正常培養(yǎng)條件中進(jìn)行培養(yǎng),并加入不同濃度尿酸進(jìn)行處理。
1.3細(xì)胞存活率實(shí)驗(yàn)細(xì)胞存活率用MTT法進(jìn)行檢測(cè)。將細(xì)胞用0.25%胰蛋白酶消化5 min配成單個(gè)細(xì)胞懸液,用臺(tái)盼藍(lán)染色計(jì)數(shù)活細(xì)胞數(shù)目。調(diào)整好活細(xì)胞的濃度接種到96孔板,每個(gè)孔的體積為100 μL。在細(xì)胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h后,每孔加入100 μL不同濃度的受測(cè)試樣品,培養(yǎng)特定的時(shí)間以后,每孔加MTT溶液(5 mg/mL用PBS配制,pH=7.4)20 μL,繼續(xù)孵育4 h后小心吸棄孔內(nèi)培養(yǎng)上清液,每孔加150 μL DMSO,脫色搖床振蕩10 min,使結(jié)晶物充分融解。選擇490 nm波長(zhǎng),在酶聯(lián)免疫監(jiān)測(cè)儀上測(cè)定各孔光吸收值,計(jì)算細(xì)胞存活率,同時(shí)作圖以求得半數(shù)抑制濃度(IC50)。
1.4 ROS生成量測(cè)定DCFH-DA 熒光法是一種常見的檢測(cè)細(xì)胞體系中 ROS生成量的方法。細(xì)胞經(jīng)消化計(jì)數(shù)重懸于PBS溶液中,細(xì)胞密度1×106cells/mL,加入10 μmol/L DCFH-DA探針標(biāo)記細(xì)胞,37 ℃避光作用30 min后離心棄去上清液。PBS重懸密度保持1×106cells/mL,細(xì)胞以100 μL/孔加入96孔板。設(shè)置酶標(biāo)儀激發(fā)波長(zhǎng)為485 nm發(fā)射波長(zhǎng)為535 nm,檢測(cè)熒光強(qiáng)度。
1.5 TUNEL和DAPI雙染檢測(cè)在載玻片上培養(yǎng)的細(xì)胞用3.7%的甲醛固定10 min,加入含有0.1%的Triton X-100的PBS,然后分別在100 μL/well含有TdT酶反應(yīng)液的Tunel反應(yīng)液中培養(yǎng)1 h,在1 μg/mL的DAPI反應(yīng)液中培養(yǎng)15 min,用PBS洗滌后在熒光顯微鏡(Nikon Eclipse 80i)下觀察細(xì)胞的染色情況。
大鼠線栓法大腦中動(dòng)脈栓塞(middle cerebral artery occlusion,MCAO)模型制備成年Sprague-Dawley (SD)大鼠 (體質(zhì)量210~230 g)購自廣州醫(yī)科大學(xué)動(dòng)物中心,并經(jīng)本學(xué)校倫理委員會(huì)批準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。大鼠取仰臥位,四肢自然固定于手術(shù)臺(tái)上,剃去頸部體毛,充分暴露頸部手術(shù)區(qū)域,取右側(cè)氣管旁長(zhǎng)約 2 cm 的與器官平行的縱行切口,逐層鈍性分離皮膚、皮下組織、淺筋膜、深筋膜及肌肉后暴露頸部血管及迷走神經(jīng)。為避免切插入線栓時(shí)出血,先在頸總動(dòng)脈近心端打一活結(jié),阻斷頸總動(dòng)脈血流。頸外動(dòng)脈離頸總動(dòng)脈分叉處約 1 cm處打2個(gè)死結(jié),并從中間離斷頸外動(dòng)脈。將頸外動(dòng)脈殘端向下與頸內(nèi)動(dòng)脈呈一條直線,使線栓從頸外動(dòng)脈殘端插入至頸內(nèi)動(dòng)脈。當(dāng)線栓插入頸內(nèi)動(dòng)脈約 2 cm 時(shí)可感受到阻力,說明線栓到達(dá)大腦中動(dòng)脈開口處,已阻斷大腦中動(dòng)脈血流。將頸外動(dòng)脈殘端連同線栓一起結(jié)扎,以固定線栓;保護(hù)手術(shù)切口,維持大鼠體溫。缺血2 h后小心拔出頸內(nèi)動(dòng)脈內(nèi)的線栓,結(jié)扎頸外動(dòng)脈殘端,松開頸總動(dòng)脈近心端的活結(jié),恢復(fù)頸內(nèi)動(dòng)脈血流,即實(shí)現(xiàn)再灌注。 逐層縫合肌肉、皮下組織及皮膚,在室溫下復(fù)蘇。同時(shí)用Locke緩沖液配制尿酸,通過股靜脈注射(16 mg/ kg)。
1.6 TTC染色48 h后,10%水合氯醛麻醉,斷頭取腦,-20 ℃冰箱冷凍10 min(同時(shí)37 ℃預(yù)熱TTC溶液,TTC溶液置于12孔培養(yǎng)板中,避光)。腦組織變冷后取出,刀片去除嗅球和腦干部分。自額極開始行1.5 mm厚連續(xù)冠狀切片 5片。12孔板加入2 mL TTC溶液(37 ℃預(yù)熱,0.1%)。腦片轉(zhuǎn)入12孔板中 (每孔內(nèi)一個(gè)腦切片),37 ℃恒溫烤箱或水浴鍋,避光 15 min。在玻璃培養(yǎng)皿(裝有生理鹽水)排列,正反面照相,背景為深色或黑色。
2.1高濃度尿酸能抑制神經(jīng)細(xì)胞的增殖雖然已有不少臨床研究表明,尿酸具有神經(jīng)保護(hù)作用,但目前關(guān)于其具體作用機(jī)制的研究還很少。首先檢測(cè)不同濃度尿酸對(duì)HT22細(xì)胞增殖的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)尿酸鈉鹽濃度在450 μmol/L以內(nèi)時(shí),其雖然能微弱下調(diào)細(xì)胞的增殖能力,但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)(圖1A)。但當(dāng)尿酸鈉鹽濃度達(dá)到1 000 μmol/L(此時(shí)為過飽和溶液,有尿酸鈉鹽晶體存在)時(shí),HT22細(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài)明顯發(fā)生變化(圖1B),且細(xì)胞的增殖能力顯著下調(diào),下降了40%左右(圖1A),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。因此,高濃度尿酸確實(shí)不利于細(xì)胞的生長(zhǎng),具有毒性作用。
2.2合理濃度尿酸能改善OGD條件下神經(jīng)細(xì)胞的增殖和ROS水平根據(jù)上述研究結(jié)果,挑選低濃度(50 μmol/L)、合適濃度(300 μmol/L,具有保護(hù)作用)和高濃度(1 000 μmol/L,具有損傷作用)尿酸進(jìn)行后續(xù)研究。應(yīng)用HT22細(xì)胞構(gòu)建OGD模型,復(fù)氧的同時(shí)分別加入上述濃度尿酸鈉鹽進(jìn)行培養(yǎng)。24 h后檢測(cè)細(xì)胞增殖發(fā)現(xiàn),OGD條件下細(xì)胞增殖能力明顯下調(diào),加入低濃度尿酸時(shí),細(xì)胞增殖能力無明顯改善;不過加入300 μmol/L尿酸時(shí),細(xì)胞增殖能力明顯增強(qiáng),具有保護(hù)作用;而加入1 000 μmol/L尿酸時(shí),其進(jìn)一步降低細(xì)胞增殖能力(圖2A)。上述結(jié)果說明,一定濃度尿酸確實(shí)具有細(xì)胞保護(hù)作用,而高濃度尿酸具有損傷作用。研究進(jìn)一步檢測(cè)不同濃度尿酸對(duì)ROS生成的影響作用。由圖2B可見,OGD條件下,細(xì)胞確實(shí)產(chǎn)生大量ROS,而低濃度尿酸無法改善OGD條件下ROS的生成,但300 μmol/L尿酸卻能明顯降低OGD條件下ROS的生成量,而且也能減少正常細(xì)胞的ROS生成。但加入1 000 μmol/L尿酸時(shí),其均能增加OGD和正常條件下細(xì)胞的ROS生成量。因此,只有當(dāng)尿酸達(dá)到一定濃度水平時(shí)才能發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用,而過高濃度尿酸卻又具有相反作用。
圖1 不同濃度尿酸對(duì)HT22細(xì)胞增殖的影響
圖2 不同濃度尿酸對(duì)OGD模型中HT22細(xì)胞增殖和ROS生成的影響
2.3合理濃度尿酸能降低神經(jīng)細(xì)胞的凋亡進(jìn)一步檢測(cè)不同濃度尿酸對(duì)細(xì)胞凋亡的影響,結(jié)果見圖3。OGD條件下,HT22細(xì)胞均出現(xiàn)明顯凋亡,染成綠色的凋亡細(xì)胞顯著增多。當(dāng)加入300 μmol/L尿酸時(shí),凋亡顯著減少,差異明顯;而50 μmol/L尿酸對(duì)OGD條件下細(xì)胞凋亡的改善并不顯著。同時(shí),當(dāng)加入1 000 μmol/L尿酸時(shí),細(xì)胞凋亡情況仍然明顯。因此,上述結(jié)果進(jìn)一步證明,合適濃度尿酸確實(shí)具有保護(hù)細(xì)胞而降低損失發(fā)生的作用,低濃度尿酸保護(hù)作用不明顯,而高濃度尿酸確實(shí)具有損傷細(xì)胞的作用。
圖3 不同濃度尿酸對(duì)OGD模型中HT22細(xì)胞凋亡的影響
2.4合理濃度尿酸能減少腦梗死大鼠大腦損傷的發(fā)生為了進(jìn)一步證實(shí)尿酸的保護(hù)作用,我們?cè)趧?dòng)物水平上進(jìn)行驗(yàn)證。利用線栓法建立大鼠大腦中動(dòng)脈栓塞模型(MCAO),結(jié)果表明,pMCAO組動(dòng)物腦組織明顯出現(xiàn)損傷,而加入合適濃度尿酸后,腦組織損傷程度明顯減輕。因此,合適濃度尿酸確實(shí)可以減輕腦缺血再灌注損傷的發(fā)生。上述結(jié)果更進(jìn)一步證明,合適濃度尿酸具有明顯的神經(jīng)保護(hù)作用,可以減輕損傷的發(fā)生。
圖4 尿酸對(duì)MCAO模型大鼠腦損傷的影響
缺血性腦血管病患病率、致殘率和病死率高,是臨床上常見的危害人類健康的三大疾病之一。缺血性腦血管病,尤其腦缺血后的再灌注損傷危害極大,預(yù)防和治療腦缺血再灌注所造成的損傷是目前國(guó)內(nèi)外研究的焦點(diǎn)。
雖然目前多數(shù)臨床調(diào)查研究表明,SUA可作為有效的抗氧化劑和自由基清除劑,對(duì)急性缺血性腦卒中發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[5-7]。但關(guān)于其作用的具體機(jī)制研究較少。當(dāng)用不同濃度尿酸作用于神經(jīng)細(xì)胞時(shí),結(jié)果發(fā)現(xiàn)450 μmol/L濃度以內(nèi)的尿酸對(duì)細(xì)胞增殖影響并不顯著,但1 000 μmol/L的尿酸卻能顯著抑制細(xì)胞的增殖,這表明高濃度尿酸確實(shí)對(duì)細(xì)胞具有毒性。這與目前的臨床調(diào)查研究結(jié)果相符,高尿酸有可能是腦梗死的致病因素。Conforti-Andreoni等[9]研究發(fā)現(xiàn),尿酸晶體可以通過NF-κB通路激活樹突狀細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子,從而誘導(dǎo)CD4+T細(xì)胞向Th17細(xì)胞分化,且此過程需要炎性體NLRP3介導(dǎo)的IL-1和IL-18參與。同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn),高濃度尿酸(高達(dá)50 mg/dL)可促進(jìn)驗(yàn)證因子的產(chǎn)生[10]。上述研究均表明,高尿酸具有促進(jìn)炎癥發(fā)生的作用。
研究進(jìn)一步表明,低濃度(50 μmol/L)尿酸無法改善OGD/復(fù)氧時(shí)細(xì)胞增殖的下調(diào)趨勢(shì),而合適濃度(300 μmol/L)尿酸具有明顯的保護(hù)作用,能顯著改善OGD/復(fù)氧時(shí)細(xì)胞的增殖能力,不過高濃度(1 000 μmol/L)尿酸卻能進(jìn)一步下調(diào)細(xì)胞增殖能力。上述結(jié)果進(jìn)一步表明,高濃度尿酸具有損傷作用,而合適濃度尿酸具有保護(hù)作用。另外,很多研究證明ROS是組織缺血再灌注后最早和最重要的產(chǎn)物之一,在腦缺血損傷中起重要作用[11]。目前認(rèn)為自由基毒性是急性腦梗死腦水腫形成和遲發(fā)性神經(jīng)元死亡的主要原因[12]。自由基毒性是影響重型急性腦梗死預(yù)后的關(guān)鍵環(huán)節(jié),因此清除包括ROS在內(nèi)的氧自由基是治療重型急性腦梗死的關(guān)鍵。研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),低濃度尿酸無法改善OGD條件下ROS的生成,但300 μmol/L尿酸卻能明顯降低OGD條件下ROS的生成量,而且也能減少正常細(xì)胞的ROS生成。但加入1 000 μmol/L尿酸時(shí),其均能增加OGD和正常條件下細(xì)胞的ROS生成量。因此,只有當(dāng)尿酸達(dá)到一定濃度水平時(shí)才能發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用,而過高濃度尿酸卻又具有相反作用。
對(duì)凋亡的檢測(cè)也發(fā)現(xiàn),當(dāng)加入300 μmol/L尿酸時(shí),凋亡顯著減少,而50 μmol/L尿酸對(duì)OGD條件下細(xì)胞凋亡的改善并不顯著;當(dāng)加入1 000 μmol/L尿酸時(shí),細(xì)胞凋亡情況仍然明顯。利用線栓法建立大鼠持續(xù)性大腦中動(dòng)脈栓塞模型(pMCAO),結(jié)果表明,pMCAO組動(dòng)物腦組織明顯出現(xiàn)損傷,而加入合適濃度尿酸后,腦組織損傷程度明顯減輕。因此,合適濃度尿酸確實(shí)可以減輕腦缺血再灌注損傷的發(fā)生。人體血清中的尿酸不僅在含量上是其他內(nèi)生性抗氧化物(如維生素C、維生素E等)10倍以上,且其抗氧化的性能也高于其他抗氧化物。研究顯示,血尿酸主要依靠?jī)?nèi)生性抗氧化物的自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制來抑制ROS產(chǎn)生,并通過保持細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平平衡和穩(wěn)定線粒體跨膜電位等途徑而發(fā)揮對(duì)神經(jīng)元細(xì)胞的保護(hù)作用[13]。正常水平的UA大約可清除血液中三分之二的自由基。當(dāng)腦組織處于缺血狀態(tài)時(shí),黃嘌呤脫氫酶則轉(zhuǎn)換為黃嘌呤氧化酶從而產(chǎn)生更多的UA。此時(shí)的UA作為可再生的抗氧化劑,具有清除自由基、減少氧化應(yīng)激反應(yīng)、保護(hù)缺血半暗帶細(xì)胞免于缺血損傷的作用,可進(jìn)一步縮小梗死灶體積[14]。Yu等[15]進(jìn)行的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明在急性腦梗死早期或之后血尿酸濃度升高,可起到明顯的保護(hù)可逆性神經(jīng)功能缺損的作用。Amaro等[13]的研究發(fā)現(xiàn),尿酸可以改善缺血性腦卒中患者中葡萄糖引起的氧化應(yīng)激反應(yīng)。因此,上述結(jié)果進(jìn)一步證明,合適濃度尿酸確實(shí)具有保護(hù)細(xì)胞而降低損傷發(fā)生的作用,低濃度尿酸保護(hù)作用不明顯,而高濃度尿酸確實(shí)具有損傷細(xì)胞的作用。
研究證明,合適濃度尿酸具有明顯的神經(jīng)保護(hù)作用,可以減輕損傷的發(fā)生,并且有可能通過抑制ROS產(chǎn)生而發(fā)揮作用。不過研究同時(shí)表明,高濃度尿酸具有損傷作用。此研究的進(jìn)行,可為尿酸的臨床治療研究提供指導(dǎo)作用。
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Neuroprotectivemechanismofuricacidincerebralinfarction
MOZhiming
TheFifthAffiliatedHospitalofGuangzhouMedicalUniversity,Guangzhou510700,China
ObjectiveTo explore the specific mechanism of uric acid in cerebral infarction.MethodsOxygen glucose deprivation (OGD) model was constructed using HT22 cells,and then the cells were stimulated with different concentrations of uric acid.The cell proliferation was detected by MTT,the apoptosis was detected by TUNEL method,and the production of ROS was detected at the same time.To establish the model of middle cerebral artery occlusion (MCAO) by using thread embolism method,and treated them with the appropriate concentration of uric acid to detect the brain tissue defect.ResultsUric acid below 450μM did not have significant effect on proliferation of cells,but 1 000μmol/L uric acid significantly inhibited proliferation of cells.Uric acid at a low concentration (50 μmol/L) improved proliferation and apoptosis of cells,and ROS levels during OGD/reoxygenation;and a suitable concentration (300 μmol/L) of uric acid significantly improved proliferation and apoptosis of cells,and reduce ROS production during OGD/reoxygenation;but a high concentration (1 000 μmol/L) of uric acid further reduced proliferation of cells and enhance ROS production.At the same time,uric acid significantly reduced the level of brain tissue damage in MCAO model rats.ConclusionTherefore,different concentrations of uric acid have different effect,and suitable concentrations of uric acid have neuroprotective effects.This finding may provide guidance for study of the clinical value of uric acid.
Uric acid;Cerebral infarction;Protective effect;Cell proliferation;Rat
10.3969/j.issn.1673-5110.2017.24.003
2016年廣東省科技發(fā)展專項(xiàng)資金項(xiàng)目,編號(hào):2016A030313609;2016年廣東省醫(yī)學(xué)科研基金項(xiàng)目,編號(hào):A2016199;2016年廣東省教育廳特色創(chuàng)新項(xiàng)目(自然科學(xué)),編號(hào):2016KTSCX112
莫志銘(1985-),碩士,主治醫(yī)師。研究方向:腦血管病。Email:Z119890@163.com
R-332
A
1673-5110(2017)24-0013-05
(收稿2017-07-12)
關(guān)慧
信息:莫志銘.尿酸在腦梗死中的神經(jīng)保護(hù)作用機(jī)制研究[J].中國(guó)實(shí)用神經(jīng)疾病雜志,2017,20(24):13-17.