【摘要】 通過乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase, LDH)的檢測,觀察解毒通絡(luò)藥物干預(yù)后的腦微血管內(nèi)皮細胞條件培養(yǎng)液( conditioned medium of cerebral microvascular endothelial cells, CMECs-CM)特征及其抗缺血及再灌皮質(zhì)神經(jīng)元損傷的效應(yīng),探討腦微血管內(nèi)皮細胞(cerebral microvascular endothelial cells, CMECs)調(diào)控神經(jīng)元功能的機制。方法:通絡(luò)救腦注射液(Tongluo Jiunao Injection, TLJNI)作用于正常、缺血和缺血再灌三種培養(yǎng)狀態(tài)的大鼠CMECs,分別收集有藥物干預(yù)及無干預(yù)的三對無血清內(nèi)皮細胞條件培養(yǎng)液,并測定其LDH值。同步原代培養(yǎng)大鼠腦皮質(zhì)神經(jīng)元,亦分為正常、缺血、缺血再灌三組,用低(10%)、中(50%)、高(100%)三種濃度的各類CMECs-CM分別作用上述三種培養(yǎng)狀態(tài)的神經(jīng)元,測定其LDH漏出率。結(jié)果:比較TLJNI干預(yù)后的CMECs-CM與無干預(yù)的CMECs-CM中LDH漏出值,CMECs缺血組與缺血再灌組經(jīng)藥物干預(yù)后均明顯降低( P <0.01)。對于缺血神經(jīng)元,缺血內(nèi)皮細胞條件培養(yǎng)液(conditioned medi-um of ischemic CMECs, Is-CM)高濃度(100%)和TLJNI干預(yù)后的缺血內(nèi)皮細胞條件培養(yǎng)液(conditioned medium of ischemic CMECs with drug treatment, IsT-CM)高濃度(100%)作用后表現(xiàn)為增加LDH漏出率( P <0.01),而低濃度10%的IsT-CM則降低LDH漏出率( P <0.05 );對于缺血再灌神經(jīng)元,與對照組比較,各類CMECs-CM作用后均能降低神經(jīng)元LDH漏出率( P <0.05 或 P <0.01)。比較每種條件液相鄰濃度間的效應(yīng)差異,均以10%或50%的CM降低損傷為佳,正常內(nèi)皮細胞條件培養(yǎng)液(conditioned medium of normal CMECs, N-CM)及缺血再灌內(nèi)皮細胞條件培養(yǎng)液(conditioned medium of ischemic/reperfusional CMECs, Rp-CM)組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義( P <0.05或 P <0.01 );對于正常神經(jīng)元,各類CMECs-CM作用后均增加了神經(jīng)元LDH漏出率( P <0.05或 P <0.01 )。比較每種條件液相鄰濃度間的效應(yīng)差異,N-CM組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義( P <0.05或 P <0.01 )。結(jié)論:TLJNI能夠防御CMECs缺血及缺血再灌的損傷,可以通過內(nèi)皮細胞介導(dǎo)發(fā)揮抗缺血及缺血再灌神經(jīng)元損傷的效應(yīng)。提示CMECs-CM及TLJNI干預(yù)后的CMECs-CM均存在著抗缺血再灌神經(jīng)元損傷的活性物質(zhì)。
【關(guān)鍵詞】 腦微血管內(nèi)皮細胞; 神經(jīng)元; 腦缺血; 大鼠; 中藥
近年來中藥調(diào)節(jié)腦微血管內(nèi)皮的研究日益受到人們的重視[1~3],但整體動物實驗無法將內(nèi)皮細胞與腦細胞分離開來進行研究,本實驗室采用大鼠大腦皮質(zhì)微血管內(nèi)皮細胞和神經(jīng)元分離純化培養(yǎng)的方法,可使其純度分別達到98%,是研究二者之間關(guān)系的一種可靠的實驗方法。通絡(luò)救腦注射液(Tongluo Jiunao Injection, TLJNI)是治療缺血性腦病的中藥新藥。初步實驗證實,TNJNI在缺血內(nèi)皮細胞損傷狀態(tài)下具有可靠的維護腦微血管內(nèi)皮功能的作用[4,5]。這種對腦微血管內(nèi)皮細胞(cerebral microvascular endothelial cells, CMECs)的保護作用是否啟動進一步的腦保護效應(yīng)有待探知。本實驗通過觀察CMECs缺血損傷及通絡(luò)救腦注射液干預(yù)后的不同條件培養(yǎng)液(conditioned medium, CM)抗缺血神經(jīng)元損傷的效應(yīng),探討CMECs與神經(jīng)元的功能聯(lián)系,并進一步闡明通絡(luò)救腦注射液的“解毒通絡(luò)”作用機制,對于深化“毒損腦絡(luò)”病機[6]的生物學(xué)理論內(nèi)涵具有重要意義。
1 材料與方法
1.1 實驗材料
1.1.1 動物 雄性SD大鼠18只,體質(zhì)量 60~80 g ,用于同一批CMECs原代培養(yǎng)。新生SD大鼠(24 h內(nèi))4只,用于同一批原代神經(jīng)元培養(yǎng)。動物合格證號為SCXK京2002-0003,清潔級,購自北京維通利華實驗動物中心。
1.1.2 藥物 通絡(luò)救腦注射液,批號為04061011,購自內(nèi)蒙古康源藥業(yè)有限公司。 藥物組成為梔子和三七,提取分離有效成分梔子苷和三七總皂苷,配伍制成注射液,該注射液含原藥有效成份為 7.7 mg/ml.
1.2 實驗方法 通過乳酸脫氫酶(lactate dehydro-genase, LDH)的檢測,觀察正常、缺血及缺血再灌不同狀態(tài)的腦微血管內(nèi)皮細胞條件培養(yǎng)液(condi-tioned medium of cerebral microvascular endotheli-al cells, CMECs-CM)和 TLJNI干預(yù)后的CMECs-CM抗缺血及缺血再灌皮質(zhì)神經(jīng)元損傷的特征效應(yīng)。
1.2.1 解毒通絡(luò)藥物干預(yù)后的CMECs-CM的收集
1.2.1.1 CMECs的培養(yǎng) 雄性SD大鼠18只,體質(zhì)量60~80 g,用于同一批CMECs原代培養(yǎng)。無菌條件下取出雙側(cè)大腦半球,置預(yù)冷的沖洗液(DMEM培養(yǎng)液,10%新生牛血清、青霉素 1×105U/L ,鏈霉素1×10 5U/L)中,剔除軟腦膜、表面血管及白質(zhì),收集皮質(zhì)。剪碎成1 mm 3的小塊,置手動玻璃勻漿器,冰上操作上下勻漿約25次。依次通過80目和200目尼龍網(wǎng)過濾,收集200目濾網(wǎng)上微血管段。用0.1%膠原酶,37 ℃消化30 min.沖洗液沖洗兩遍,1 000 r/min(RCF:201× g )離心 5 min ,將微血管段重懸于完全培養(yǎng)基DMEM培養(yǎng)液,胎牛血清20%;內(nèi)皮細胞生長支持物(endotheli-al cells growth support, ECGS)75 mg/L、肝素鈉 4× 10 4U/L、青霉素1×105U/L、鏈霉素 1×105U/L 、胰島素200 U/L、 L -谷氨酰胺 2 mmol/L 中,接種于2%明膠預(yù)先包被的25 cm 2培養(yǎng)瓶(Costar公司)中,共3瓶,37 ℃、5%CO2培養(yǎng)箱靜置培養(yǎng)48 h后,第1次換液。第7天細胞基本融合成片,進行消化傳代,消化液為體積比為1∶1的 0.125% 的胰蛋白酶與0.02% EDTA.
二代經(jīng)過Ⅷ因子免疫熒光鑒定,其純度可達98%.培養(yǎng)的第二代CMECs 90%匯合后經(jīng)消化后再傳代,傳到25 cm2培養(yǎng)瓶共12瓶。本實驗用第三代細胞,將實驗細胞分為正常、缺血(ischemia, Is)和缺血再灌(ischemia/reperfusion, I/R)三組各4瓶,每組又分為2瓶加TLJNI藥物干預(yù),2瓶無藥物干預(yù),用以收集CMECs-CM.
1.2.1.2 條件培養(yǎng)液的收集 CMECs隨機分為正常、缺血和缺血再灌三組,分別收集解毒通絡(luò)藥物干預(yù)及無干預(yù)的三對無血清CMECs-CM.解毒通絡(luò)干預(yù)藥物為通絡(luò)救腦注射液。給藥方式采用容積單位為計算單位,根據(jù)預(yù)實驗確定給藥的終濃度劑量為40 μl/ml,設(shè)計藥物作用時間是12 h.各樣本均收集了10 ml條件液,分裝1 ml eppendorf管,置-20 ℃凍存?zhèn)溆谩UMECs條件培養(yǎng)液(conditioned medium of normal CMECs, N-CM)及藥物干預(yù)的正常條件培養(yǎng)液(conditioned medium of normal CMECs with drug treatment, NT-CM)收集:正常培養(yǎng)的CMECs及TLJNI干預(yù)12 h后的CMECs棄去完全培養(yǎng)液,D-Hank‘s沖洗兩遍,換上無血清DMEM培養(yǎng)液, 37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱繼續(xù)培養(yǎng) 12 h .收集DMEM培養(yǎng)液,4 ℃、2 500 r/min(RCF:1 258× g )離心20 min,取上清即N-CM及NT-CM.缺血內(nèi)皮細胞條件培養(yǎng)液(conditioned medi-um of ischemic CMECs, Is-CM)及TLJNI干預(yù)的缺血條件培養(yǎng)液(conditioned medium of ischemic CMECs with drug treatment, IsT-CM)收集:采用氧糖剝奪(oxygen and glucose deprivation, OGD)法模擬在體缺血,藥物干預(yù)組造模前預(yù)用藥 6 h ,方法同正常干預(yù)組。造模時棄去完全培養(yǎng)液,以D-Hank’s 沖洗細胞兩遍,換Kreb‘s溶液(NaCl 119 mmol/L 、 KCl 4.7 mmol/L、KH 2PO41.2 mmol/L 、NaHCO325 mmol/L、CaCl22.5 mmol/L、MgCl21 mmol/L );藥物干預(yù)組換上含藥的Kreb’s液。置37 ℃、93% N2+7% CO2自制的密閉缺氧罐中培養(yǎng)6 h.收集Kreb‘s培養(yǎng)液,4 ℃、2 500 r/min(RCF:1 258× g )離心20 min,取上清即Is-CM及 IsT-CM .
缺血再灌內(nèi)皮細胞條件培養(yǎng)液(conditioned mediumof ischemic/reperfusional CMECs, Rp-CM) 及TLJNI干預(yù)的缺血再灌條件培養(yǎng)液(conditioned medium of ischemic/reperfusional CMECs with drug treatment, RpT-CM)收集:缺血模型及藥物干預(yù)同上,氧糖剝奪6 h后棄去Kreb‘s培養(yǎng)液,換上無血清DMEM培養(yǎng)液,置37 ℃、5%CO2培養(yǎng)箱繼續(xù)再灌12 h,收集DMEM培養(yǎng)液, 4 ℃ 、 2 500 r/min(RCF:1 258× g )離心20 min,取上清即Rp-CM及RpT-CM.
1.2.2 皮質(zhì)神經(jīng)元的原代培養(yǎng) 無菌分離新生SD大鼠的大腦皮層,經(jīng)0.125%胰蛋白酶消化后制成細胞懸液,懸于接種培養(yǎng)液(DMEM培養(yǎng)液含10%馬血清、10%胎牛血清、青霉素 1×105U/L、 鏈霉素1×105U/L)中,以1×109/L的細胞密度接種于預(yù)先涂有多聚賴氨酸的96孔培養(yǎng)板中培養(yǎng)。置 37 ℃ 、5% CO 2培養(yǎng)箱培養(yǎng),24 h后換維持液(DMEM培養(yǎng)液、10%馬血清、1%N3、青霉素 1×105U/L、 鏈霉素1×105U/L)。當(dāng)細胞培養(yǎng)到第 3天 時加阿糖胞苷(10 -5mol/L),并持續(xù)作用72 h以抑制非神經(jīng)細胞的增殖。之后換全液以去除阿糖胞苷的作用,繼續(xù)培養(yǎng)3~4 d用于實驗。
1.2.3 各類CMECs-CM分別作用正常、缺血及缺血再灌三組神經(jīng)元 神經(jīng)元細胞隨機分為正常、缺血、缺血再灌三組,缺血模型及缺血再灌方法同CMECs.各類CMECs-CM均設(shè)低、中、高三種濃度分別誘導(dǎo)各組神經(jīng)元。(1)對于正常組,棄去完全培養(yǎng)液,D-Hank‘s沖洗兩遍,將收集的N-CM、 NT-CM 及Rp-CM、RpT-CM按0(即正常神經(jīng)元對照組)、10%、50%和100%的濃度加入實驗各孔(每個濃度做6個重復(fù)孔,即每孔加CM 0、10、50和 100 μl ,下同),余用DMEM培養(yǎng)液補足至100 μl.37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱繼續(xù)培養(yǎng)12 h,之后檢測LDH漏出率。(2)對于缺血組,將收集的Is-CM及IsT-CM按0(即缺血神經(jīng)元對照組)、10%、50%和100%的濃度加入實驗各孔之中,余用Kreb’s液補足至100 μl;另外還設(shè)立一組TLJNI( 40 μl/ml )直接作用缺氧神經(jīng)元。置37 ℃、93% N2+7% CO2自制的密閉缺氧罐中培養(yǎng)6 h,之后檢測LDH漏出率。(3)對于缺血再灌組,缺血模型同Is組,氧糖剝奪6 h后棄去Kreb‘s液,之后同正常組。將收集的N-CM、 NT-CM 及Rp-CM、RpT-CM按0(即缺血再灌神經(jīng)元對照組)、10%、50%和100%的濃度加入實驗各孔之中,余用DMEM培養(yǎng)液補足至100 μl.37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱繼續(xù)再灌12 h,之后檢測LDH漏出率。1.2.4 神經(jīng)元細胞LDH漏出率測定 LDH試劑盒購自Promega公司,具體步驟參照說明書,終止反應(yīng)后于酶標(biāo)儀測定492 nm光密度值(optical density, OD)。測量內(nèi)容包括:(1)將標(biāo)準(zhǔn)品系列稀釋成不同濃度梯度,繪制出LDH標(biāo)準(zhǔn)曲線。(2)測定CMECs-CM(N-CM、NT-CM、Is-CM、IsT-CM、Rp-CM、RpT-CM)中LDH含量(DMEM液和Kreb’s液調(diào)零),一方面可了解CMECs各組CM中LDH的漏出情況,另一方面可用于校正神經(jīng)元培養(yǎng)液上清的實際LDH值。(3)一一對應(yīng)測定神經(jīng)元培養(yǎng)液上清及細胞完全裂解后的LDH值。神經(jīng)元培養(yǎng)液上清LDH的實際漏出值=測定值-校正值。神經(jīng)元LDH的漏出率(%)=[培養(yǎng)液上清LDH值/(培養(yǎng)液上清LDH值+細胞裂解后LDH值)]×100.
1.3 統(tǒng)計學(xué)方法 數(shù)據(jù)以 x ± s 表示,行單因素方差分析。
2 結(jié)果
2.1 CMECs各組條件培養(yǎng)液中LDH的測定 圖1示LDH的標(biāo)準(zhǔn)曲線。因試劑盒未提供陽性標(biāo)準(zhǔn)品的濃度,所以橫坐標(biāo)LDH的含量為標(biāo)準(zhǔn)品的體 積含量。縱坐標(biāo)OD值在0~5之間即跨度很大范圍內(nèi)都與LDH的含量呈良好的線性關(guān)系,提示本實驗方法穩(wěn)定、統(tǒng)計可信。
圖1 LDH標(biāo)準(zhǔn)曲線圖(略)
Figure 1 Standard curve of lactate dehydrogenase
通過對各組的LDH測定,可以了解CMECs各組CM中LDH的漏出情況。比較TLJNI干預(yù)后的CMECs-CM與無干預(yù)的CMECs-CM,缺血組與缺血再灌組藥物干預(yù)后LDH漏出值均明顯降低( P <0.05);正常組藥物干預(yù)后LDH漏出值略增高,但差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義( P >0.05)。說明TLJNI能夠防御CMECs缺血及缺血再灌的損傷。見表1.正常、缺血及缺血再灌組組間比較,缺血組LDH漏出最低,缺血組與正常組比較,差異有統(tǒng)計學(xué)意義( P <0.01);缺血再灌組漏出最高,與缺血組比較,差異有統(tǒng)計學(xué)意義( P <0.01),提示CMECs缺血及再灌模型基本可靠。缺血組LDH漏出最低可能與其CM收集的時間有關(guān),因其造模時間是6 h,故收集的是6 h的培養(yǎng)液,而正常及缺血再灌組收集的是12 h的條件培養(yǎng)液。見表1.
表1 TLJNI干預(yù)與未干預(yù)的各組CMECs-CM的LDH釋放值比較(略)
Table 1 LDH release value of different CMECs-CM
* P <0.05, vs CM without drug treatment;△△P <0.01, vs normal CMECs-CM;▲▲P <0.01, vs ischemia CMECs-CM.
2.2 不同CMECs-CM分別作用不同狀態(tài)神經(jīng)元后的LDH漏出率 Is-CM不同濃度作用缺血神經(jīng)元,與對照組即未做任何處理的缺氧神經(jīng)元比較,僅表現(xiàn)為100%的Is-CM增加LDH漏出率( P < 0.01 )。IsT-CM作用后表現(xiàn)為100%的IsT-CM增加LDH漏出率( P <0.01),而10%的IsT-CM組 降低LDH漏出率( P <0.05)。不同濃度及組別的CM作用規(guī)律不一致,可能與所含活性物質(zhì)不同,或所含活性因子的不同效價有關(guān)。見表2.TLJNI直接干預(yù)神經(jīng)元,與對照組比較,LDH漏出率卻明顯增高( P <0.01),可能與本實驗的投藥劑量(僅參照CMECs的給藥方式)偏高有關(guān)。若CMECs-CM作用Is組神經(jīng)元與藥物直接作用組比較,則均表現(xiàn)為LDH漏出率降低( P < 0.05 或 P <0.01),提示藥物可通過內(nèi)皮細胞介導(dǎo)發(fā)揮抗缺血神經(jīng)元損傷的作用。見表2.
表2 CMECs-CM對缺血神經(jīng)元LDH漏出率的影響(略)
Table 2 LDH leakage rate of ischemia neurons intervened by different CMECs-CM
*P <0.05,**P <0.01, vs untreated control group;△P <0.05 ,△△P <0.01, vs drug-treated group.
與對照組比較,各類CMECs-CM作用缺血再灌組神經(jīng)元后均能降低神經(jīng)元LDH漏出率( P <0.05或 P <0.01),提示各類CMECs-CM都存在著抗再灌神經(jīng)元損傷的活性物質(zhì)。每種條件液相鄰濃度間比較,均以10%或50%的CM降低損傷為佳,N-CM及Rp-CM組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義( P < 0.05 或 P <0.01),其余兩組濃度間差異不顯著,提示不同組間發(fā)揮作用的活性物質(zhì)的不一致性及可能非單一活性物質(zhì)作用的復(fù)雜性。見表3.
表3 CMECs-CM對正常組及缺血再灌組神經(jīng)元 LDH漏出率的影響(略)
Table 3 LDH leakage rates of normal and ischemia/ reperfusion neurons intervened by different CMECs-CM
*P <0.05,**P <0.01, vs control without CM group;△P <0.05 ,△△P <0.01, vs the nearest pre-concentration group.
各類CMECs-CM作用于正常組神經(jīng)元后均增加了神經(jīng)元LDH漏出率( P <0.05或 P <0.01)。每種條件液相鄰濃度間比較,N-CM三組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義( P <0.05或 P <0.01),其余各組差異無統(tǒng)計學(xué)意義。見表3.
3 討論
我們從以往的離體實驗已知,TLJNI在缺血狀態(tài)下具有可靠的維護腦微血管內(nèi)皮功能的作用[4,5],對于改善腦微灌流具有實際意義。這種對CMECs的保護作用是否啟動進一步的腦保護效應(yīng)有待探知。目前對中藥保護腦缺血損傷的研究,多針對藥物能否透過血腦屏障這一關(guān)鍵途徑而開展,本實驗收集了正常、缺血及解毒通絡(luò)藥物干預(yù)的各種無血清內(nèi)皮細胞條件培養(yǎng)液,試圖了解生理及病理狀態(tài)下可能通過內(nèi)皮細胞介導(dǎo)的對神經(jīng)元發(fā)揮作用的途徑和效應(yīng)。結(jié)果表明對于缺血及再灌這種病理狀態(tài)下的神經(jīng)元,各類CMECs-CM都起到了一定的抗損傷效應(yīng)。理論上假說應(yīng)是不同類別的條件培養(yǎng)液對神經(jīng)元的作用機制有著差別,可以預(yù)想各類條件培養(yǎng)液中分別蘊含著多種活性物質(zhì),我們更感興趣的是所涉及的功能蛋白質(zhì)是如何發(fā)揮作用。發(fā)揮作用的生物活性因子可能是一種或是多種,與條件培養(yǎng)液收集的時段有關(guān)。探索其作用機制還要考慮到動態(tài)變化諸如激活、失活、協(xié)同、拮抗、連鎖等諸多因素的影響。本實驗僅從細胞的LDH漏出率角度即代表著細胞膜損害的一個指標(biāo)揭示了初步現(xiàn)象,表明TLJNI可通過內(nèi)皮細胞介導(dǎo)發(fā)揮抗缺血神經(jīng)元損傷的作用,提示各類CMECs-CM都存在著抗缺血及缺血再灌神經(jīng)元損傷的活性物質(zhì)。但該時段的內(nèi)皮細胞條件培養(yǎng)液對正常神經(jīng)元卻表現(xiàn)為增加了LDH漏出率,即一定程度上增加了細胞膜損傷。我們知道腦微血管內(nèi)皮及其緊密連接是血腦屏障的重要形態(tài)學(xué)基礎(chǔ),對維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定具有重要意義。正常情況下,除氧和二氧化碳可以自由通過血腦屏障外,絕大多數(shù)物質(zhì)通過血腦屏障進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)都有其特定的通道。血腦屏障選擇性控制腦細胞間液與血液間的物質(zhì)轉(zhuǎn)運,維持腦細胞間液的平衡,從而保證了神經(jīng)細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。體外研究內(nèi)皮細胞分泌的活性物質(zhì)直接作用于神經(jīng)細胞,暫時忽略了血腦屏障選擇性的屏障保護作用,可能是導(dǎo)致正常神經(jīng)元細胞膜通透性增加的主要原因。但仍為我們進一步深入研究內(nèi)皮細胞的合成和分泌功能,及其活性物質(zhì)調(diào)節(jié)神經(jīng)細胞功能的作用機制,提供了積極的啟示。腦缺血損傷是眾多腦系疾病的共同病理過程,闡明疾病的分子和細胞機制及藥物作用的靶標(biāo),發(fā)展尋找新藥的新理論、新技術(shù)、新方法[7],相信會為治療腦系疾病的中藥現(xiàn)代化研究提供新的思路。研究報道內(nèi)皮細胞具有強大的分泌功能[8],探索已知的、未知的、好的、壞的腦微血管內(nèi)皮細胞的調(diào)控機制具有重要意義。就中醫(yī)而言,以毒邪和絡(luò)病作為深入研究的切入點,是進一步提高腦血管疾病療效的突破口所在[9]。目前,國內(nèi)外許多學(xué)者已注意到微循環(huán)局部與整體全過程的聯(lián)系,提出血管內(nèi)皮細胞是某些致病因素的靶細胞[10,11]。我們以CMECS為切入點,詮釋TLJNI“解毒通絡(luò)”的作用機制,探索藥物的有效“靶標(biāo)”分子,對于深化“毒損腦絡(luò)”病機[6]理論內(nèi)涵具有重要意義。
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