孫治霞, 李 華, 索紅亮
(河南省中醫(yī)院, 河南 鄭州 450002)
心跳驟停是臨床常見的危急重癥,可誘導(dǎo)全腦缺血、缺氧,經(jīng)心肺復(fù)蘇后隨著血液循環(huán)的重建,腦部易出現(xiàn)再灌注損傷,造成腦功能障礙[1],目前臨床約80%患者會(huì)出現(xiàn)各種后遺癥,約20%患者出現(xiàn)永久性腦損傷,因此,減輕心肺復(fù)蘇后腦損傷是臨床研究的熱點(diǎn)[2]。醒腦灌腸液是由腸黏膜直接吸收進(jìn)入體內(nèi)的中藥湯劑,具有清熱瀉火、涼血逐淤、醒腦開竅的功效[3],可用于治療急性缺血及出血性腦卒中,減輕患者腦損傷癥狀,加速其蘇醒[4-5],因而推測(cè)醒腦灌腸液對(duì)心肺復(fù)蘇后大鼠具有腦保護(hù)作用。白細(xì)胞介素33(interleukin-33,IL-33)/生長(zhǎng)刺激表達(dá)基因2蛋白(growth stimulation expressed gene 2,ST2)信號(hào)可調(diào)控Th1/Th2免疫平衡,進(jìn)而介導(dǎo)炎癥反應(yīng),參與多種心腦血管疾病的發(fā)展[6],急性腦梗死患者血清IL-33水平顯著高于正常假手術(shù)組,血清IL-33水平會(huì)隨著梗死體積的增加而增加[7];血清中ST2水平相應(yīng)升高,可影響心肺復(fù)蘇患者的預(yù)后,血清ST2水平高的患者死亡率高于水平低患者[8];因而IL-33/ST2信號(hào)可能調(diào)節(jié)心肺復(fù)蘇后大鼠的腦損傷過程,但醒腦灌腸液對(duì)IL-33/ST2信號(hào)的影響目前還未知。本項(xiàng)工作采用窒息法建立心肺復(fù)蘇大鼠模型,可較好的反映出心肺復(fù)蘇后腦損傷的臨床病理生理變化,進(jìn)而對(duì)醒腦灌腸液對(duì)心肺復(fù)蘇后大鼠的腦損傷及IL-33/ST2信號(hào)通路的影響進(jìn)行初步研究。
醒腦灌腸液(膽南星15 g,石菖蒲20 g,全瓜蔞20 g,生大黃12 g,梔子10 g,郁金12 g,厚樸15 g,冰片3 g),由本院藥房提供;烏司他丁(ulinastatin)購(gòu)自廣東天普生化醫(yī)藥股份有限公司,國(guó)藥準(zhǔn)字為H19990134。
雄性SD大鼠(廣東中醫(yī)藥大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心),SPF清潔級(jí),許可證號(hào):SCXK(粵)2013-0034,體重200~240 g,飼養(yǎng)條件:自然光照,溫度25℃,濕度50%,保持環(huán)境清潔、安靜、通風(fēng)良好,自由飲食、飲水,定期更換墊料、清理消毒鼠籠。
超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)檢測(cè)試劑盒(上海鈺博生物科技有限公司),貨號(hào)為IC-SOD-Ra;丙二醛(malondialdehyde,MDA)檢測(cè)試劑盒(上海信裕生物科技有限公司),貨號(hào)為xy-30182;大鼠S100鈣結(jié)合蛋白β亞基(S100 calcium binding protein beta subunit, S100β)酶聯(lián)免疫吸附法(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)試劑盒(上海雅吉生物科技有限公司),貨號(hào)為YS04063B;大鼠神經(jīng)元特異性烯醇化酶(neuron-specific enolase,NSE)ELISA試劑盒(南京森貝伽生物科技有限公司),貨號(hào)為SBJ-R0081;大鼠白細(xì)胞介素1β(interleukin-1β,IL-1β)和腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α) ELISA試劑盒,兔源GAPDH、IL-33和ST2 Ⅰ抗,羊抗兔Ⅱ抗(Abcam),貨號(hào)分別為ab100768、ab100785、ab181602、ab207737、ab194113和ab150077;SDS-PAGE凝膠制備試劑盒和TBST緩沖液(索萊寶公司),貨號(hào)分別為P1200和T1081;RIPA裂解液、BCA試劑盒和HE染色試劑盒(上海碧云天公司),貨號(hào)分別為P0013K、P0011和C0105。
酶標(biāo)儀購(gòu)自Perkin Elmer;蛋白電泳儀和轉(zhuǎn)膜儀購(gòu)自Bio-Rad;Centrifuge 5424R低溫高速離心機(jī)購(gòu)自Eppendorf;DHX-300動(dòng)物呼吸機(jī)購(gòu)自成都儀器廠;RM2035輪轉(zhuǎn)切片機(jī)、EG1160包埋機(jī)和HI1220 烤片機(jī)購(gòu)自Leica; IX70倒置顯微鏡購(gòu)自O(shè)lympus;BSA224S-CW電子天平購(gòu)自Sartorius;制冰機(jī)和恒溫水浴鍋購(gòu)自北京六一儀器廠。
5.1動(dòng)物模型制備及分組給藥 參考文獻(xiàn)[9],以30 mg/kg的劑量腹腔注射2%戊巴比妥鈉麻醉SD大鼠,仰臥位固定在操作臺(tái),頸部備皮,噴灑75%乙醇消毒后,用16G鞘管經(jīng)口氣管插管,連接動(dòng)物呼吸機(jī)進(jìn)行心電監(jiān)護(hù),分離左側(cè)股動(dòng)脈,置入一條留置管監(jiān)測(cè)血壓,在大鼠呼氣末用動(dòng)脈夾夾閉氣管3~4 min,同時(shí)頸靜脈注射0.5 mol/L冰氯化鉀停跳液,直至心電圖QRS波完全消失呈直線,然后以80 min-1通氣頻率、6 mL/kg潮氣量純氧機(jī)械通氣,同時(shí)以180 min-1按壓頻率進(jìn)行人工胸外心臟按壓,直至自主循環(huán)恢復(fù),即完成心肺復(fù)蘇模型制備,制備70只,死亡10只,成功60只,成功率為85.7%。將其隨機(jī)分為模型(model)組、醒腦灌腸液低劑量(5 mL/kg)組、醒腦灌腸液中劑量(10 mL/kg)組、醒腦灌腸液高劑量組(20 mL/kg)和烏司他丁組,每組12只。另取12只大鼠僅麻醉后暴露、分離氣管后縫合處理,作為假手術(shù)(sham operation)組。各組大鼠均做空腸置管造瘺術(shù):雙手消毒后,將直徑約1.0 mm的無(wú)菌硅膠管插入幽門,遠(yuǎn)端直到屈氏韌帶下5 cm處,并沿皮下隧道引出至頸背部肩胛間,然后固定,每次灌腸前以微量輸液泵推注2 mL生理鹽水沖洗腸管。參照文獻(xiàn)[10],膽南星15 g、石菖蒲20 g、全瓜蔞20 g、生大黃12 g、梔子10 g、郁金12 g、厚樸15 g加水500 mL熬制至200 mL藥液,靜置降溫,至37~39 ℃時(shí)加3 g冰片溶解后即可得醒腦灌腸液。進(jìn)行人鼠劑量換算,醒腦灌腸液各劑量組大鼠每天分別以(5、10和20)mL/kg的劑量灌腸治療,并尾靜脈注射與烏司他丁組相同劑量的生理鹽水;烏司他丁組大鼠以50 000 U/kg[11]的劑量尾靜脈注射治療,并以20 mL/kg劑量的生理鹽水進(jìn)行灌腸;假手術(shù)組與模型組大鼠,尾靜脈注射與烏司他丁組相同劑量的生理鹽水,并以20 mL/kg劑量的生理鹽水灌腸,每次1 d,持續(xù)治療7 d。
5.2大鼠神經(jīng)功能缺損檢測(cè)及標(biāo)本收集 末次給藥24 h后,觀察各組大鼠活動(dòng)情況,以Longa分級(jí)法[12]對(duì)其神經(jīng)功能缺損進(jìn)行評(píng)分,其中無(wú)神經(jīng)功能缺損為0分,不能完全伸展對(duì)側(cè)前爪為1分,行走向?qū)?cè)轉(zhuǎn)圈為2分,行走向?qū)?cè)傾倒為3分,意識(shí)喪失,不能自發(fā)行走為4分,死亡為5分。各組大鼠經(jīng)尾靜脈取血2 mL,靜置15 min,3 000 r/min、4 ℃離心15 min,取上清液儲(chǔ)存在-80℃?zhèn)溆?。各組大鼠分別取6只斷頭處死后,分離腦組織,剪約1.5 g儲(chǔ)存在-80 ℃?zhèn)溆茫S嘟M織以4%多聚甲醛固定后,經(jīng)脫水、透明后石蠟包埋,切片機(jī)病理切片備用。
5.3大鼠腦組織含水量檢測(cè)及HE染色 各組剩余6只大鼠斷頭處死后,分離腦組織,稱量得濕重,然后放入烘干機(jī)中烘干至質(zhì)量不再變化,稱量得干重,腦組織含水量(%)=(濕重-腦干重)/濕重×100%。將方法5.2中的病理切片脫蠟、梯度乙醇(由高到低)浸泡后以HE試劑盒染色,具體操作參照說(shuō)明書,經(jīng)再次脫水、透明后封片,在光學(xué)顯微鏡下觀察腦組織病理改變情況。
5.4大鼠血清S100β和NSE水平檢測(cè) 方法5.2中的血清4 ℃解凍,采用大鼠S100β和NSE ELISA試劑盒檢測(cè)各組大鼠血清S100β和NSE水平,具體操作參照說(shuō)明書。
5.5大鼠腦組織SOD、MDA、IL-1β和TNF-α水平檢測(cè) 方法5.2中的腦組織取約1 g加入RIPA裂解液,4 ℃勻漿得勻漿液,1 000×g、4 ℃離心20 min,取上清液,采用SOD、MDA檢測(cè)試劑盒及IL-1β、TNF-α ELISA試劑盒檢測(cè)腦組織SOD、MDA、IL-1β和TNF-α水平,具體操作參照說(shuō)明書。
5.6大鼠腦組織IL-33和ST2蛋白表達(dá)檢測(cè) 方法5.2中的腦組織取約0.5 g加入RIPA裂解液(含有蛋白酶抑制劑),在勻漿機(jī)冰浴中勻漿得勻漿液,1 000×g、4 ℃離心20 min,取上清液,采用BCA試劑盒測(cè)得各組蛋白總劑量,具體操作參照說(shuō)明書。根據(jù)結(jié)果取含有相同質(zhì)量總蛋白的各組樣品液進(jìn)行SDS-PAGE,轉(zhuǎn)移蛋白至PVDF膜上,以5%脫脂奶粉室溫封閉2 h,以IL-33和ST2兔源Ⅰ抗(1 ∶2 000) 4 ℃孵育過夜,TBST漂洗,以羊抗兔Ⅱ抗(1 ∶1 000) 室溫孵育2 h,TBST漂洗,采用增強(qiáng)型化學(xué)發(fā)光法顯色,使用Quantity One軟件分析蛋白的相對(duì)表達(dá)量。
采用SPSS 24.0軟件對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)數(shù)資料以率(%)表示;計(jì)量資料以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示,多組間比較采用單因素方差分析,進(jìn)一步兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
假手術(shù)組大鼠腦組織結(jié)構(gòu)清晰,神經(jīng)元結(jié)構(gòu)正常、完好,無(wú)損傷;模型組大鼠腦組織出現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)紊亂,局灶出血,神經(jīng)元核收縮、凋亡等病理?yè)p傷;醒腦灌腸液低、中、高劑量組和烏司他丁組大鼠腦組織病理?yè)p傷減輕,見圖1。與假手術(shù)組相比,模型組大鼠神經(jīng)功能缺損評(píng)分顯著升高(P<0.05);與模型組相比,醒腦灌腸液低、中、高劑量組和烏司他丁組大鼠神經(jīng)功能缺損評(píng)分降低(P<0.05),且醒腦灌腸液各劑量之間有劑量依賴性;醒腦灌腸液高劑量組與烏司他丁組比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見圖2。
Figure 1.HE staining results of brain tissues of rats in each group. A: sham operation group; B: model group; C: low-dose Xingnao enema fluid group; D: middle-dose Xingnao enema fluid middle dose group; E: high-dose Xingnao enema fluid group; F: ulinastatin group.
圖1 各組大鼠腦組織HE染色結(jié)果
Figure 2.Neurological deficit score of rats in each group. Mean±SD.n=12.*P<0.05vssham operation group;#P<0.05vsmodel group.
圖2 各組大鼠神經(jīng)功能缺損評(píng)分
與假手術(shù)組相比,模型組大鼠腦組織含水量顯著升高(P<0.05);與模型組相比,醒腦灌腸液低、中、高劑量組和烏司他丁組大鼠腦組織含水量降低(P<0.05),醒腦灌腸液各劑量之間有劑量依賴性;醒腦灌腸液高劑量組與烏司他丁組比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見圖3。
與假手術(shù)組相比,模型組大鼠血清中S100β和NSE水平顯著升高(P<0.05);與模型組相比,醒腦灌腸液低、中、高劑量組和烏司他丁組大鼠血清中S100β和NSE水平降低(P<0.05),醒腦灌腸液各劑量之間有劑量依賴性;醒腦灌腸液高劑量組與烏司他丁組比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見圖4、5。
Figure 3.Water content in brain tissue of rats in each group. Mean±SD.n=6.*P<0.05vssham operation group;#P<0.05vsmodel group.
圖3 各組大鼠腦組織含水量
Figure 4.Serum levels of S100β in rats of each group. Mean±SD.n=12.*P<0.05vssham operation group;#P<0.05vsmodel group.
圖4 各組大鼠血清中S100β水平
與假手術(shù)組相比,模型組大鼠腦組織中MDA水平顯著升高(P<0.05),SOD水平顯著降低(P<0.05)。與模型組相比,醒腦灌腸液低、中、高劑量組和烏司他丁組大鼠腦組織中MDA水平降低(P<0.05),SOD水平升高(P<0.05),醒腦灌腸液各劑量之間有劑量依賴性;醒腦灌腸液高劑量組與烏司他丁組比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見圖6、圖7。
Figure 5.Serum levels of NSE in rats of each group. Mean±SD.n=12.*P<0.05vssham operation group;#P<0.05vsmodel group.
圖5 各組大鼠血清中NSE水平
Figure 6.Levels of SOD in brain tissue of rats in each group. Mean±SD.n=6.*P<0.05vssham operation group;#P<0.05vsmodel group.
圖6 各組大鼠腦組織中SOD水平
Figure 7.Levels of MDA in brain tissue of rats in each group. Mean±SD.n=6.*P<0.05vssham operation group;#P<0.05vsmodel group.
圖7 各組大鼠腦組織中MDA水平
與假手術(shù)組相比,模型組大鼠腦組織中IL-1β和TNF-α水平顯著升高(P<0.05);與模型組相比,醒腦灌腸液低、中、高劑量組和烏司他丁組大鼠腦組織中IL-1β和TNF-α水平降低(P<0.05),醒腦灌腸液各劑量之間有劑量依賴性;醒腦灌腸液高劑量組與烏司他丁組比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見圖8。
Figure 8.Levels of IL-1β and TNF-α in brain tissue of rats in each group. Mean±SD.n=6.*P<0.05vssham operation group;#P<0.05vsmodel group.
圖8 各組大鼠腦組織中IL-1β和TNF-α水平
與假手術(shù)組相比,模型組大鼠腦組織中IL-33和ST2蛋白表達(dá)顯著升高(P<0.05);與模型組相比,醒腦灌腸液低、中、高劑量組和烏司他丁組大鼠腦組織中IL-33和ST2蛋白表達(dá)降低(P<0.05),醒腦灌腸液各劑量之間有劑量依賴性;醒腦灌腸液高劑量組與烏司他丁組比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見圖9。
Figure 9.Relative protein expression of IL-33 and ST2 in brain tissue of rats in each group. Mean±SD.n=6.*P<0.05vssham operation group;#P<0.05vsmodel group.
圖9 各組大鼠腦組織中IL-33和ST2的蛋白表達(dá)
心肺復(fù)蘇后機(jī)體大腦會(huì)經(jīng)歷無(wú)血流到低血流再到恢復(fù)正常血流的過程,可導(dǎo)致腦組織出現(xiàn)多種復(fù)雜的病理改變,引起神經(jīng)細(xì)胞功能障礙和死亡,嚴(yán)重威脅患者神經(jīng)功能恢復(fù)[13]。醒腦灌腸液作為一種中藥方劑,含有多種中藥成分,其中膽南星、石菖蒲、冰片味辛、香、涼,可活血通經(jīng)、開竅醒腦;厚樸、梔子和大黃可通氣化痰,清熱瀉火;全瓜蔞、大黃、郁金能開竅解郁,通腑化痰,該方劑可降低血管通透性、清除自由基、減輕腦水腫,進(jìn)而促進(jìn)大腦蘇醒,且對(duì)肝性腦病的臨床療效顯著[14-15],推測(cè)可能也可治療心肺復(fù)蘇后腦損傷。烏司他丁作為一種由人尿液提取的廣譜胰蛋白酶抑制劑,可通過降低腦組織IL-1β和TNF-α等促炎因子水平,減輕炎癥反應(yīng),達(dá)到腦保護(hù)作用,在心肺腦復(fù)蘇治療中具有較好的療效,因而本項(xiàng)工作選擇烏司他丁作為陽(yáng)性對(duì)照藥[16]。
本研究顯示,模型組大鼠腦組織出現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)紊亂、局灶出血、神經(jīng)元核收縮、凋亡等病理改變,神經(jīng)功能缺損評(píng)分和腦組織含水量顯著高于假手術(shù)組。此結(jié)果表明大鼠心臟驟停后心肺復(fù)蘇恢復(fù)自主循環(huán),腦組織會(huì)因炎癥反應(yīng)出現(xiàn)局灶出血和神經(jīng)元凋亡等病理改變,損害神經(jīng)功能,造成腦損傷。S100β和NSE是判斷腦損傷的敏感指標(biāo),其中S100β是神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志蛋白,多位于星形膠質(zhì)細(xì)胞中,神經(jīng)細(xì)胞受損后會(huì)通過功能受損的血腦屏障進(jìn)入血液中;NSE廣泛分布于神經(jīng)組織和神經(jīng)內(nèi)分泌組織中,當(dāng)血腦屏障功能受損后也可進(jìn)入血液系統(tǒng)中[17-18]。腦組織在心肺復(fù)蘇過程中可產(chǎn)生大量氧自由基,引起腦組織氧化應(yīng)激反應(yīng),導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞受損、凋亡,SOD是機(jī)體中的超氧化物歧化酶,可清除自由基,降低氧化應(yīng)激;細(xì)胞中脂肪酸過氧化可生成MDA,其含量與脂質(zhì)過氧化程度正相關(guān),兩者水平高低可反映機(jī)體組織氧化應(yīng)激程度[19-20]。而本研究結(jié)果顯示,模型組大鼠血清中S100β和NSE顯著高于假手術(shù)組;腦組織中MDA、IL-1β和TNF-α水平顯著高于假手術(shù)組,SOD水平顯著低于假手術(shù)組,表明模型大鼠出現(xiàn)氧化應(yīng)激損傷及炎癥反應(yīng),造成腦損傷,模型制備成功。而經(jīng)藥物治療后,大鼠腦組織病理?yè)p傷減輕,神經(jīng)功能缺損評(píng)分,腦組織含水量,血清中S100β和NSE,腦組織中MDA、IL-1β和TNF-α水平均降低,SOD水平升高,醒腦灌腸液各劑量之間有劑量依賴性且醒腦灌腸液高劑量組與陽(yáng)性對(duì)照藥烏司他丁組相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,表明醒腦灌腸液可減輕心肺復(fù)蘇大鼠氧化應(yīng)激損傷及炎癥反應(yīng),修復(fù)腦損傷,恢復(fù)神經(jīng)功能,揭示其對(duì)心肺復(fù)蘇后神經(jīng)功能具有保護(hù)作用。烏司他丁作為臨床常用的促使腦復(fù)蘇藥物,會(huì)有粒細(xì)胞減少、腹瀉、肝損傷和過敏等不良反應(yīng),且費(fèi)用較高,而醒腦灌腸液作為中藥制劑,不良反應(yīng)少,經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,為心肺復(fù)蘇后腦損傷的臨床治療提供了參考資料。
研究表明,IL-33/ST2信號(hào)通路參與心肌梗死、腦梗死后組織損傷過程,缺血再灌注損傷后血清中IL-33和ST2水平可上調(diào)[21]。IL-33/ST2L信號(hào)屬于力學(xué)激活系統(tǒng),可抑制心臟纖維化及心肌細(xì)胞肥大,發(fā)揮心臟保護(hù)作用;另外,sST2作為誘騙受體可特異性結(jié)合IL-33,阻斷IL-33與ST2L結(jié)合,進(jìn)而阻止IL-33/ST2信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。本研究結(jié)果顯示,模型組大鼠腦組織IL-33和ST2蛋白表達(dá)高于假手術(shù)組,醒腦灌腸液各劑量組和烏司他丁組大鼠腦組織IL-33和ST2蛋白表達(dá)低于假手術(shù)組,醒腦灌腸液各劑量之間有劑量依賴性且醒腦灌腸液高劑量組與陽(yáng)性對(duì)照藥烏司他丁組相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,表明IL-33/ST2信號(hào)可能參與了心肺復(fù)蘇后腦損傷過程,醒腦灌腸液保護(hù)心肺復(fù)蘇后神經(jīng)功能的作用機(jī)制可能是下調(diào)該信號(hào)通路,推測(cè)IL-33/ST2信號(hào)可能是醒腦灌腸液保護(hù)心肺復(fù)蘇后神經(jīng)功能的作用靶點(diǎn),但是具體內(nèi)在機(jī)制尚不明確。
綜上所述,醒腦灌腸液可減輕心肺復(fù)蘇后大腦氧化應(yīng)激損傷及炎癥反應(yīng),修復(fù)恢復(fù)受損神經(jīng)功能,在心肺復(fù)蘇后腦損傷過程中IL-33/ST2信號(hào)上調(diào),醒腦灌腸液可下調(diào)其表達(dá)保護(hù)腦組織,這可能是其藥理機(jī)制,但本研究只進(jìn)行了初步探索,未特異性干預(yù)IL-33/ST2信號(hào)進(jìn)行對(duì)照驗(yàn)證,其深入的分子機(jī)制還有待后續(xù)研究。