深低溫停循環(huán)中腦紅蛋白表達及其腦損傷防護意義實驗研究.pdf

1、深低溫停循環(huán)(Deep hypothermic cireulatory arrest，DHCA)技術可以提供一個無血而寧靜的手術環(huán)境，是部分嬰幼兒先天性心臟病及成人復雜大血管疾病外科治療中的重要手段。近年來，隨著心、腦、肺、肝、腎等保護技術的改進、多學科合作增加，DHCA的應用日益廣泛。腦對缺血缺氧最敏感，同時它對缺血缺氧的耐受性也最差。深低溫下腦代謝依然存在，長時間DHCA常導致不同程度的神經(jīng)系統(tǒng)損害。DHCA腦損害的機制復雜，目前停

2、循環(huán)后腦保護研究國內外均主要集中在如何降低腦代謝上，而從腦氧代謝的機制出發(fā)，研究增加氧貯備、轉移和利用才是解決問題的根本辦法。近年腦氧代謝基礎研究取得重大發(fā)展。 2000年德國Burmester等發(fā)現(xiàn)人和小鼠腦內特異的攜氧球蛋白一腦紅蛋白(nelJroglobin，Ngb)，為腦缺氧的研究提供了全新思路。人Ngb基因為保守性較高的單拷貝基因，定位于染色體14q24，全長cDNA序列共1909bp，編碼151個氨基酸。Ngb主要表

3、達于脊椎動物神經(jīng)元的細胞質，與氧有很高的親和力，功能上類似于肌紅蛋白，可特異性地為腦供氧，在分子水平調節(jié)腦組織氧供應狀態(tài)。作為一個重要的內源性神經(jīng)保護因子，Ngb在組織中表達水平的高低與組織的缺氧耐受性呈正相關。脊椎動物腦紅蛋白可能的功能有：1貯存氧，生理情況下與氧充分氧合達飽和狀態(tài)，缺氧時釋放氧。2氧的傳遞轉運氧通過血腦屏障，加速氧向神經(jīng)元中的線粒體擴散。3作為一種缺氧感受器，保護下游缺氧損害。4 清除毒性物質如NO。氯化高鐵血紅蛋白

4、(Hemin)，又名正鐵血紅素、血晶素，長久以來，它是一個被用于貧血治療的藥物，早在1983年美國FDA就批準其用于臨床治療。近年來，Hemin在其他各系統(tǒng)中的保護作用逐漸得到重視。實驗證實，Hemin對離體Ngb表達呈顯著增強作用，且呈濃度和時間依賴性。Hemin作為血紅素氧合酶(HO)的底物和誘導劑，可誘導腦紅蛋白表達，抵抗自由基損傷，減少興奮性氨基酸毒性，在心、腦、腸等器官的缺血缺氧損傷中具有重要保護作用。隨著分子生物學等技術在醫(yī)

5、學中的廣泛應用，人們對腦損傷的病理機制認識不斷加深，自由基、一氧化氮、細胞因子及粘附分子、蛋白類生化標志物等在體外循環(huán)及DHCA腦損傷中的作用越來越受到人們的關注。1)S-100β蛋白由Moore于1965年在牛腦中發(fā)現(xiàn)，是一種相對分子質量為21×10<'3>的酸性鈣結合蛋白，濃度特異性地存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)。腦損傷后腦S-100β蛋白過度表達和釋放，并迅速釋放入血液。由于它的半衰期短，血S-100β蛋白水平在傷后短時間內迅速下降。當腦損

6、傷后膠質細胞遲發(fā)性功能障礙或持續(xù)死亡時可引起S-100β蛋白外溢，繼發(fā)性腦損害使血腦屏障進一步破壞，隨著病情的發(fā)展，可能出現(xiàn)繼發(fā)性升高或持續(xù)高值，表明進行性繼發(fā)性腦損害。2)髓鞘堿性蛋白(myel in base protein，MBP)：神經(jīng)組織髓鞘堿性蛋白主要位于髓磷脂漿膜面，與髓鞘脂質緊密結合，維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓鞘結構和功能的穩(wěn)定，在神經(jīng)纖維中起著絕緣和快速傳導的作用。當中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓鞘破壞時，髓鞘堿性蛋白可釋放入中樞神經(jīng)系統(tǒng)和血

7、中，最后降解經(jīng)尿排出。研究資料表明，髓鞘堿性蛋白與急慢性腦血管病、實驗性變態(tài)反應性腦脊髓炎、多發(fā)性硬化及其他許多神經(jīng)疾病有關，是反映中樞神經(jīng)系統(tǒng)有無實質性損害，特別是無髓鞘脫失的一個較特異的生化指標，還可作為評價治療及預后的指標之一。3)腫瘤壞死因子α(TNF α)：TNF α是近年來研究較深入的由多種細胞產(chǎn)生和分泌的一種細胞因子，研究提示TNF α在缺血性腦損傷病理機制方面起著雙重效應。有害效應是指TNF α可加重腦缺血后神經(jīng)元的損傷

8、。相反，有人認為TNF α可能具有神經(jīng)元保護機能。由于缺乏 TNF α在腦缺血損傷過程中產(chǎn)生有利效應的大量系統(tǒng)研究，多數(shù)學者認為它主要作為炎性介質參與損傷反應。這為腦缺血的治療學研究指明了新的方向。4)血管細胞間黏附分子-1(VCAM-1)：屬于黏附分子的免疫球蛋白超家族存在于血管內皮細胞膜上，受致炎因子刺激時表達增加，參與淋巴細胞的活化、遷移和造血細胞的生長發(fā)育，并在炎癥、腫瘤轉移等病理過程中起重要作用。相關研究表明VCAM-1在腦缺

9、血炎癥發(fā)生、發(fā)展過程中起著關鍵作用，調控腦缺血時VCAM-1的表達及作用可減輕腦缺血癥狀，保護腦缺血損傷。本實驗利用實時熒光PCR定量分析腦紅蛋白mRNA在體外循環(huán)及深低溫停循環(huán)(DHCA)情況下的表達，并通過檢測血漿腦損傷相關指標S-100 β、MBP、TNFα和VCAM-1等的變化，探討腦紅蛋白及相關腦損傷指標在。DHCA中腦損傷診斷、治療及預后的意義及機制。 目的： 檢測空白對照組與Hemin處理組對犬DHCA不同

10、時期Ngb mRNA表達以及血漿S-100β蛋白、MBP、TNF α、VCAM-1及腦皮質超微結構的改變推斷腦紅蛋白及相關指標在DHCA早期腦保護中的作用及機制，以探索預防和治療DHCA腦損害的方法。 結論： 1、Hemin預處理可提高DHCA不同時期Ngb mRNA的表達，但由于拷貝數(shù)量級較大，統(tǒng)計學差異并不顯著(F=5.153，P=0.053)。實驗組與對照組相比，對改善DHCA期腦損傷的作用并不明顯。氯化高鐵血紅素

11、和缺氧所誘導的NGB表達存在不同機制，并且Hemin誘導的腦紅蛋白mRNA表達明顯慢于缺氧誘導的表達。 2、由于目前尚不能顯著刺激Ngb mRNA表達，故腦紅蛋白在DHCA條件下的腦保護作用并不明顯，其機理及作用途徑仍需進一步研究。 3、血漿S-100 β蛋白、MBP、VCAM-1可作為DHCA條件下腦損傷早期的敏感指標，其中以S-100 β蛋白、VCAM-1為佳，MBP次之。TNF α并不適宜作為DHCA條件下腦損傷早