范俊逸 陳永斌 劉啟華 羅燕萍 李南方 黃顯雯
〔摘要〕 目的 通過使用龍蛭湯對大腦中動脈閉塞(middle cerebral artery occlusion, MCAO)模型大鼠進(jìn)行干預(yù),觀察腦組織中焦亡相關(guān)蛋白Caspase-1和IL-18表達(dá)情況,探討其對腦缺血再灌注損傷(cerebral ischemia reperfusion injury, CIRI)的保護(hù)作用。方法 將48只SD大鼠隨機(jī)分為假手術(shù)組、模型組、龍蛭湯組、丁苯酞組,共4組,每組12只。除假手術(shù)組外,其余3組均采用Longa線栓法建立MCAO大鼠模型。造模成功后丁苯酞組、龍蛭湯組分別予丁苯酞[40 mg/(kg·d)]、龍蛭湯[13.6 g/(kg·d)]灌胃,假手術(shù)組、模型組均予等量生理鹽水灌胃。術(shù)后第3天對各組大鼠行神經(jīng)功能缺損評分;使用TTC染色法對新鮮腦片進(jìn)行染色,同時行腦梗死體積測定;HE染色法觀察腦皮質(zhì)區(qū)病理形態(tài)變化;免疫組化法檢測腦組織Caspase-1和IL-18蛋白表達(dá)情況。結(jié)果 神經(jīng)功能缺損評分結(jié)果顯示,假手術(shù)組為0分;各造模組評分較假手術(shù)組升高,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。腦梗死體積百分比結(jié)果顯示,假手術(shù)組無梗死灶;模型組最高,龍蛭湯組、丁苯酞組次之,均較模型組明顯降低,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。腦組織HE染色結(jié)果顯示,假手術(shù)組幾乎未見受損細(xì)胞;模型組腦組織皮層神經(jīng)細(xì)胞損傷嚴(yán)重,龍蛭湯組、丁苯酞組均較之有明顯改善。免疫組化結(jié)果顯示:假手術(shù)組僅見極少陽性細(xì)胞表達(dá);與模型組比較,龍蛭湯組和丁苯酞組的Caspase-1和IL-18蛋白明顯降低,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論 龍蛭湯在改善大鼠CIRI后癥狀和保護(hù)大鼠損傷后神經(jīng)細(xì)胞方面有顯著的效果,其機(jī)制可能與下調(diào)Caspase-1和IL-18蛋白表達(dá)有關(guān)。
〔關(guān)鍵詞〕 腦缺血再灌注損傷;龍蛭湯;細(xì)胞焦亡;Caspase-1;IL-18
〔中圖分類號〕R255.2? ? ? ? 〔文獻(xiàn)標(biāo)志碼〕A? ? ? ?〔文章編號〕doi:10.3969/j.issn.1674-070X.2021.04.005
〔Abstract〕 Objective To investigate the expression of Caspase-1 and IL-18 in cerebral artery occlusion (MCAO) model of rats with Longzhi Decoction, and to investigate the protective effect of Longzhi Decoction on cerebral ischemia reperfusion injury (CIRI). Methods 48 SD rats were randomly divided into sham operation group, model group, Longzhi Decoction group and butylphthalide group, with 12 rats in each group. Except for sham operation group, MCAO rat model was established by Longa thread bolting method in the other 3 groups. After successful modeling, butylphthalide group and Longzhi Decoction group were given intragastric gavage of butylphthalide [40 mg/(kg·d)] and Longzhi Decoction [13.6 g/(kg·d)], respectively. Sham operation group and model group were given intragastric gavage of the same amount of normal saline. On the 3rd day after operation, nerve function deficit was scored in each group. TTC staining method was used to stain fresh brain slices and cerebral infarct volume was measured simultaneously. The pathological changes of cerebral cortex were observed by HE staining. The expression of Caspase-1 and IL-18 in brain tissues was detected by immunohistochemistry. Results The neurological deficit score in the sham operation group was 0. The scores of each model group were higher than those of the sham operation group, and the differences were statistically significant (P<0.05). The percentage of cerebral infarction volume showed that there was no infarction in the sham operation group. The highest value was found in model group, followed by Longzhi Decoction group and butylphthalide group, which were significantly lower than model group, with statistical significance (P<0.05). HE staining of brain tissues showed that there were almost no damaged cells in the sham operation group. The damage of cortical nerve cells in brain tissue was serious in model group, but was significantly improved in Longzhi Decoction group and butylphthalide group. Immunohistochemical results showed that only a few positive cells were found in the sham operation group. Compared with model group, the protein levels of Caspase-1 and IL-18 in Longzhi Decoction group and butylphthalide group were significantly decreased, with statistical significances (P<0.05). Conclusion Longzhi Decoction has significant effects on improving symptoms after CIRI and protecting nerve cells after injury in rats, and the mechanism may be related to the down-regulation of Caspase-1 and IL-18 protein expression.
〔Keywords〕 cerebral ischemia reperfusion injury; Longzhi Decoction; pyroptosis; Caspase-1; IL-18
腦缺血再灌注損傷(cerebral ischemia reperfusion injury, CIRI)是由于腦組織在缺血一段時間后恢復(fù)血液灌流,其神經(jīng)缺損癥狀明顯加重的現(xiàn)象[1]。CIRI的病理機(jī)制繁多并且十分復(fù)雜,近年研究[2-3]發(fā)現(xiàn),細(xì)胞焦亡在該病發(fā)生發(fā)展的過程中扮演著重要角色,起著重要的病理損傷作用,是神經(jīng)功能修復(fù)困難的主要原因之一。Caspase-1和IL-18是在細(xì)胞焦亡調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)中起著重要作用的相關(guān)因子[4]。
CIRI屬于中醫(yī)學(xué)“中風(fēng)”范疇,中風(fēng)恢復(fù)期多有氣虛,是由于正氣抗邪后不足的結(jié)果,氣虛則血行不暢,多有血絡(luò)瘀阻的表現(xiàn),久而久之,瘀血在血管內(nèi)日益頑固,形成瘀血不去、新血不生的惡性循環(huán)。龍蛭湯是廣西名老中醫(yī)陳永斌教授治療缺血性腦卒中的自擬經(jīng)驗(yàn)方,該方以益氣、活血并重,在腦卒中恢復(fù)期的臨床運(yùn)用中收效甚佳[5]。本實(shí)驗(yàn)采用大鼠MCAO模型,以龍蛭湯和丁苯酞為干預(yù)措施,檢測大鼠腦皮質(zhì)中Caspase-1和IL-18,比較兩藥對CIRI大鼠的保護(hù)機(jī)制,進(jìn)一步完善龍蛭湯在臨床應(yīng)用方面的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
1 材料
1.1? 藥物、試劑
龍蛭湯免煎顆粒組成:生黃芪120 g,當(dāng)歸尾6 g,赤芍4.5 g,地龍3 g,川芎3 g,桃仁3 g,紅花3 g,水蛭3 g,川牛膝6 g,購于廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院中藥房。加入蒸餾水加熱濃縮至1.36 g/mL濃度。丁苯酞軟膠囊(批號:118171214,國藥準(zhǔn)字號:H20050299,石藥集團(tuán)恩必普藥業(yè)有限公司)。
氯化三苯四氮唑(triphenyl tetrazolium chloride, TTC)染色劑(批號:G3005,北京索萊寶科技有限公司)。Caspase-1(批號:bs-0169R)、IL-18抗體(批號:bs-0529R)均購自北京博奧森生物技術(shù)有限公司。0.9%氯化鈉(國藥準(zhǔn)字號:H61020015,西安雙鶴藥業(yè)有限公司)。所有制劑4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>
1.2? 實(shí)驗(yàn)儀器與器械
正置熒光顯微鏡(型號:BX53F+ceLLSensDimension,日本OLYMPUS公司);水浴箱(型號:SUB AQUA12 PLUS,美國Thermo公司);手動輪轉(zhuǎn)式切片機(jī)(型號:RM2235,德國Leica公司);電熱恒溫干燥箱(型號:HGZF-II-101-3,上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司);線栓(型號:L3600,廣州佳靈生物技術(shù)有限公司)。
1.3? 實(shí)驗(yàn)動物
48只雄性SD大鼠,體質(zhì)量260~280 g,飼養(yǎng)于廣西醫(yī)科大學(xué)動物實(shí)驗(yàn)中心SPF級實(shí)驗(yàn)室,動物許可證號:SCXK(桂)-2014-0002。所有的動物實(shí)驗(yàn)均獲得了廣西醫(yī)科大學(xué)動物實(shí)驗(yàn)中心倫理委員會的批準(zhǔn)。
2 方法
2.1? 動物分組
將48只雄性SD大鼠隨機(jī)分為假手術(shù)組、模型組、龍蛭湯組、丁苯酞組,每組12只。
2.2? 動物造模
均用改良線栓法[6]制備大鼠局灶性CIRI模型:用10%水合氯醛將動物麻醉,備皮后,用眼科剪沿鎖骨正中做縱向切口,長度約3 cm,用鈍性分離器小心分離肌肉組織,隨后分離出右側(cè)頸總動脈(common carotid artery, CCA)、頸外動脈(external carotid artery, ECA)和頸內(nèi)動脈(internal carotid artery, ICA),形成一“Y”形分叉口。用外科縫合線打結(jié)CCA和ECA后用手術(shù)鑷固定,于CCA下再穿一條線備用。ICA用血管夾夾閉以防血溢出,用顯微剪于CCA上做一“V”形小口,插入線栓。緩慢進(jìn)入ICA,到達(dá)動脈夾時,將CCA預(yù)留線拉緊以防止出血,后松開動脈夾后繼續(xù)插入,直到線栓黑色標(biāo)記點(diǎn)到達(dá)“Y”形分叉口附近后,表示線栓已進(jìn)入大腦中動脈,用預(yù)留在CCA上的線將線栓固定后縫合皮膚,造模完成。假手術(shù)組造模方法:鈍性分離各肌群、各頸動脈之后對切口進(jìn)行常規(guī)縫合。其余3組均采用線栓法進(jìn)行大腦中動脈梗塞,梗塞2 h后將線栓拔掉造成再灌注損傷。
2.3? 動物給藥方法
藥物組用相應(yīng)藥物灌胃,根據(jù)大鼠與成人服藥換算公式算得,龍蛭湯:13.6 mg/(kg·d);丁苯酞:40 mg/(kg·d)。假手術(shù)組與模型組用生理鹽水代替,按每1 mL/100 g算。1 d/次,連續(xù)3 d,第一次灌胃于術(shù)后5~7 h進(jìn)行。
2.4? 神經(jīng)功能損傷評分
大鼠造模后1.5 h及用藥后3 d,參照Longa神經(jīng)功能缺損評分法[7]對大鼠進(jìn)行評分:(1)0分:行走如常;(2)1分:左前肢伸展;(3)2分:有左側(cè)追尾現(xiàn)象;(4)3分:行走困難,搖擺不定;(5)4分:無自主活動。分值在1~4分表明造模成功,可入組進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn),因大鼠死亡等致樣本不足時隨機(jī)替補(bǔ)。處死前再進(jìn)行一次評分。
2.5? 取材及標(biāo)本制備
給藥3 d后,每組取6只大鼠以10%的水合氯醛腹腔麻醉,正常心臟灌注后斷頭取腦,從視交叉向后2 cm切取腦組織片,置于4%多聚甲醛中固定3~5 d后進(jìn)行石蠟包埋及切片備用;每組再取6只大鼠腹腔麻醉后斷頭取新鮮腦組織,于-20 ℃冰箱冰凍20 min備用。
2.6? 檢測指標(biāo)及方法
2.6.1? TTC染色測定腦梗死體積? 新鮮腦組織在-20 ℃冰箱中冰凍20 min后取出,將其等距、冠狀地切成2 mm厚的腦片,將腦片置于2% TTC染液中均勻著色,37 ℃恒溫孵育15 min后,進(jìn)行翻面,再孵育15 min。顯色后按切片順序擺放拍照后用圖像分析軟件Image J處理,計算各個腦片腦梗死體積及其占大腦半球體積百分比。
2.6.2? HE染色觀察腦組織病理形態(tài)? 取備用的石蠟切片,脫蠟脫水,依次用蘇木精、伊紅進(jìn)行染色,中性樹膠封片,高倍鏡(×400)下觀察皮質(zhì)區(qū)腦組織病理形態(tài)。
2.6.3? 免疫組化法檢測Caspase-1和IL-18蛋白表達(dá)水平? 取出備用石蠟切片,經(jīng)脫蠟脫水,修復(fù)抗原,雙氧水滅活內(nèi)源性過氧化氫酶之后,分別滴加一抗(稀釋度為1∶3 000的兔抗大鼠Caspase-1抗體和稀釋度為1∶500的兔抗大鼠IL-18抗體),37 ℃恒溫孵育2 h,DAB顯色,顯色20 min后,用自來水充分水洗,脫水,樹膠封片。正置顯微鏡下觀察陽性表達(dá)情況,陽性標(biāo)記物為棕黃色或深棕色。從每張切片中任意選取5個視野,對陽性細(xì)胞進(jìn)行計數(shù),計算得出各個分組的陽性細(xì)胞率。
2.7? 統(tǒng)計學(xué)方法
本實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)均采用SPSS 22.0軟件分析處理,計量資料用“x±s”表示,若數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布,兩組組間比較采用t檢驗(yàn),多組間比較采用單因素方差分析,方差齊者采用LSD檢驗(yàn),方差不齊者用Tamhane T2檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
3 結(jié)果
3.1? 各組大鼠神經(jīng)功能缺損評分比較
造模后1.5 h,假手術(shù)組神經(jīng)缺損評分為0分,模型組、龍蛭湯組、丁苯酞組3組評分均為1~4分,表示造模成功。用藥后3 d,模型組神經(jīng)功能缺損評分顯著高于假手術(shù)組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05);龍蛭湯組和丁苯酞組神經(jīng)功能缺損評分顯著低于模型組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05);龍蛭湯組與丁苯酞組神經(jīng)功能缺損評分比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。與造模后1.5 h比較,用藥后3 d龍蛭湯組和丁苯酞組神經(jīng)功能缺損評分降低,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。見表1。
3.2? 各組大鼠腦梗死體積比較
假手術(shù)組大鼠新鮮腦組織切片的各個區(qū)域均呈勻稱的鮮紅色,無白色梗死灶;模型組切片梗死灶體積最大;龍蛭湯組、丁苯酞組次之。龍蛭湯組及丁苯酞組腦梗死體積百分比較模型組明顯減少(P<0.05);龍蛭湯組與丁苯酞組比較,腦梗死體積差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。見表2、圖1。
3.3? 各組大鼠腦組織病理改變
假手術(shù)組腦組織未見損傷,神經(jīng)細(xì)胞包膜完整, 核大而圓,細(xì)胞間隙正常,排列有序、緊密;模型組腦組織損傷嚴(yán)重,神經(jīng)細(xì)胞排列雜亂,松散,間質(zhì)有明顯水腫,包質(zhì)中有空泡形成;龍蛭湯組和丁苯酞組腦組織結(jié)損傷程度較模型組明顯減輕,神經(jīng)細(xì)胞形態(tài)較規(guī)則,排列較有序,僅為輕度缺血改變。見圖2。
3.4? 腦組織皮質(zhì)區(qū)Caspase-1和IL-18蛋白表達(dá)情況
假手術(shù)組腦組織中僅見少量Caspase-1和IL-18蛋白陽性細(xì)胞,與之相比,模型組陽性細(xì)胞率明顯升高,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01);與模型組相比,龍蛭湯組和丁苯酞組陽性細(xì)胞率明顯降低,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01);龍蛭湯組與丁苯酞組陽性細(xì)胞率比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。見表3、圖3。
4 討論
中醫(yī)在治療腦梗死方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),長期臨床觀察表明,中醫(yī)益氣活血法對腦梗死的治療具有良好的效果。補(bǔ)陽還五湯為益氣活血方之杰出代表,具有補(bǔ)氣、活血、通絡(luò)功能,被廣泛應(yīng)用于缺血性中風(fēng)。龍蛭湯是補(bǔ)陽還五湯基礎(chǔ)上加用水蛭、川牛膝而成的經(jīng)驗(yàn)方,多年來運(yùn)用于中風(fēng)急性期的臨床治療,效果甚佳[8]。此方承補(bǔ)陽還五湯之義重用黃芪,旨在通過補(bǔ)元?dú)舛_(dá)到“氣旺則血行、瘀去則絡(luò)通”的效果。當(dāng)歸尾較當(dāng)歸長于活血,使絡(luò)通而血不傷,佐活血之品以祛瘀。地龍協(xié)諸藥走周身,增強(qiáng)全方活血之力。此方創(chuàng)新之處在于水蛭與牛膝的加入?!梆鲅蝗t新血不生”,水蛭有破瘀而不傷新之功;牛膝逐瘀通經(jīng)、善條達(dá)不暢之血,且卒中多見肝陽上亢、肝風(fēng)內(nèi)動之機(jī),牛膝可通過補(bǔ)益肝腎之虛而治療肝陽亢擾于上之證。二者相配善于攻腦卒中恢復(fù)期積久之滯,在缺血性卒中的臨床運(yùn)用中常獲良效。從現(xiàn)代藥理學(xué)研究角度來看,水蛭中含有抗血液凝固、擴(kuò)張毛細(xì)血管、促血栓溶解的物質(zhì),如肝素、抗血栓素等,符合方中水蛭活血通絡(luò)之義[9]。該方在補(bǔ)陽還五湯之基礎(chǔ)上加強(qiáng)了活血之效力,彌補(bǔ)了其益氣強(qiáng)而活血弱之不足,使得益氣、活血相得益彰[10]。有研究[11-12]表明,龍蛭湯可通過調(diào)控促血管生成因子(HIF-1α、Ang-2)、自噬相關(guān)因子(LC3、Becline-1)等機(jī)制來改善缺血性腦損傷大鼠損傷后相關(guān)指標(biāo)及癥狀。本研究結(jié)果表明,與未采取干預(yù)措施的CIRI模型大鼠相比,龍蛭湯干預(yù)下的模型大鼠神經(jīng)功能缺損癥狀明顯減輕;腦梗死體積百分比明顯降低(P<0.05);HE染色結(jié)果表明,使用龍蛭湯干預(yù)后的模型大鼠腦組織皮質(zhì)區(qū)細(xì)胞狀態(tài)較模型組好,病理改變較模型組有明顯改善,僅僅呈現(xiàn)出輕度腦缺血改變。綜上可以看出,龍蛭湯在改善大鼠CIRI后的神經(jīng)功能癥狀、維持腦組織神經(jīng)細(xì)胞狀態(tài)、減少腦梗死灶體積方面均有明顯作用。
細(xì)胞焦亡可能與缺血性腦損傷的發(fā)生發(fā)展過程存在密切關(guān)聯(lián)。研究[13-17]表明,激活細(xì)胞焦亡相關(guān)因子可加重缺血性腦損傷,抑制細(xì)胞焦亡相關(guān)因子可減輕損傷并發(fā)揮保護(hù)作用。缺血性腦損傷發(fā)生后數(shù)小時內(nèi),會通過一些途徑形成炎癥小體,如IL-18、IL-1β,可通過一系列的機(jī)制誘導(dǎo)缺血后腦組織中的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的焦亡,造成腦損傷[18]。研究[19]證實(shí):炎性小體介導(dǎo)的Caspase-1活化能誘導(dǎo)吞噬細(xì)胞焦亡,而在缺血性腦損傷中,它也發(fā)揮了重要作用——腦缺血神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞上Caspase-1的表達(dá)顯著增加,抑制Caspase-1能減輕腦缺血損傷。免疫組化結(jié)果顯示,與模型組相比,龍蛭湯組Caspase-1和IL-18蛋白陽性細(xì)胞率明顯降低,說明龍蛭湯下調(diào)了焦亡相關(guān)蛋白Caspase-1和IL-18的表達(dá)從而抑制了細(xì)胞焦亡,發(fā)揮了對大鼠腦組織的保護(hù)作用。
綜上,龍蛭湯可以明顯改善CIRI大鼠神經(jīng)功能癥狀,維持腦組織神經(jīng)細(xì)胞狀態(tài)、減少腦梗死灶體積,發(fā)揮腦保護(hù)作用,其機(jī)制可能與下調(diào)腦組織中Caspase-1和IL-18的表達(dá)有關(guān)。
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(本文編輯? 匡靜之 周? 旦)