蘇 暢,周海生,郭淑玲,蘇銳鋒,付笑笑,譚小波,李 偉
(承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院眼科,河北 承德 067000)
視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷(retinal ischemia-reperfusion injury,RIRI)是臨床常見視網(wǎng)膜病變眼科疾病,繼發(fā)于視網(wǎng)膜中央動脈阻塞、青光眼和眼外傷等,常常導(dǎo)致視網(wǎng)膜細(xì)胞死亡,對患者視功能造成不可逆損害,是目前國內(nèi)外臨床眼科研究的重點[1]。RIRI病理機制十分復(fù)雜,包括氧化應(yīng)激、炎癥及神經(jīng)元細(xì)胞凋亡壞死等[2]。研究[3]顯示氧化應(yīng)激及炎癥損傷在RIRI機制中占據(jù)重要地位。白藜蘆醇是一種多酚化合物,存在于葡萄、紅酒等多種食材中,臨床上對許多眼科疾病具有一定的治療作用[4-5]。大量研究[6-7]顯示:白藜蘆醇具有很強的多酚抗氧化能力,可以保護細(xì)胞的DNA,修復(fù)受損細(xì)胞,在腦缺血灌注損傷、小鼠視網(wǎng)膜血管退行性損傷及體外視神經(jīng)病變中均起到神經(jīng)保護作用。但目前關(guān)于白藜蘆醇對RIRI引起的視網(wǎng)膜神經(jīng)損傷作用報道尚不多見。本實驗對RIRI大鼠進行治療后,研究白藜蘆醇對視網(wǎng)膜組織中Caspase-3和Bcl-2表達的影響及作用機制,為其臨床應(yīng)用提供實驗數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。
1.1實驗動物、藥物、主要試劑和儀器SPF級SD大鼠90只,雄性,體質(zhì)量為(200±20) g,購自河北省實驗動物中心,動物合格證號:SCXK(冀)2013-1-003。白藜蘆醇(美國Sigma-Aldrich公司),水合氯醛(廣州中鏡科儀技術(shù)有限公司),復(fù)方托吡卡胺滴眼液(北京華潤雙鶴藥業(yè)股份有限公司),鼠抗地高辛抗體和生物素化過氧化物酶(北京中山生物公司),兔抗大鼠Claudin-3、Bcl-2和β-actin抗體(美國Invitrogen公司),DAB 顯色試劑盒(武漢博士德生物工程有限公司) 。20號留置針和微量注射器(上海上醫(yī)康鴿醫(yī)用器材有限責(zé)任公司),倒置顯微鏡(日本日立公司),蛋白垂直電泳儀和凝膠成像系統(tǒng)(美國Bio-rad公司)。
1.2建立大鼠RIRI模型參照參考文獻[8-9],以10%水合氯醛腹腔注射麻醉,選取大鼠右眼,使用復(fù)方托吡卡胺滴眼液散瞳。沿大鼠顳側(cè)角鞏膜緣,將連接生理鹽水輸液管的20號留置針穿刺入大鼠前房。緩慢調(diào)整生理鹽水瓶液面高度150 cm,此時眼內(nèi)眼壓達到110 mmHg,眼底血管斷流,視網(wǎng)膜水腫呈蒼白色。前房加壓持續(xù)1 h后緩慢降低輸液瓶至大鼠眼水平,恢復(fù)血液供應(yīng),視網(wǎng)膜呈橘紅色,拔出針頭。假手術(shù)組僅用20號留置針穿刺入大鼠前房,不升高眼壓。
1.3實驗動物分組和藥物干預(yù)取90只SD大鼠,隨機分為假手術(shù)組、模型組和治療組,每組30只。造模前0.5 h,治療組大鼠用微量注射器于大鼠玻璃體腔內(nèi)注射0.5 nmol·L-1的白藜蘆醇5 μL,用電灼筆電凝扎針部位。假手術(shù)組與模型組大鼠分別給予等體積0.5%乙醇。
1.4各組大鼠視網(wǎng)膜形態(tài)學(xué)觀察和內(nèi)層厚度測定分別于術(shù)后1、6、12、24和48 h取各組大鼠6只,腹腔注射麻醉處死大鼠摘取眼球,置于4%甲醛溶液中固定24 h,梯度乙醇脫水,二甲苯透化,石蠟包埋,切片。行HE染色,利用倒置顯微鏡觀察視網(wǎng)膜組織結(jié)構(gòu)。采用圖像分析系統(tǒng)采集數(shù)碼圖像,應(yīng)用Image-Pro Plus 6.0專業(yè)圖像分析軟件系統(tǒng),測定各組大鼠視網(wǎng)膜內(nèi)層厚度,隨機選取4點測定,取其平均數(shù)。按試劑盒說明書,采用TUNEL法檢測視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞凋亡的表達,凋亡陽性細(xì)胞主要在細(xì)胞核表達,細(xì)胞核染成黃色或棕黃色,從圖像分析儀上取樣,利用計算機分別計算出凋亡陽性細(xì)胞數(shù)目,取其平均值。
1.5免疫組織化學(xué)法檢測凋亡基因Caspase-3和Bcl-2陽性細(xì)胞數(shù)取切片脫蠟,梯度酒精復(fù)水,蒸餾水沖洗3 min,置于3%過氧化氫甲醇溶液中浸泡30 min,蒸餾水沖洗3 min。將切片浸入修復(fù)液(0.01 mol·L-1枸掾酸鈉緩沖液)中,加熱至80℃, 加入修復(fù)液,140℃保持2 min,冷卻至室溫,PBS沖洗3次,滴加山羊血清封閉液,室溫20 min, 棄去多余液體,滴加稀釋度為1∶600的一抗Caspase-3和Bcl-2各30 μL,4℃孵育過夜。PBS沖洗3次,滴加二抗PV6001,37℃孵育0.5 h,PBS沖洗3次。加DAB 顯色,水沖洗0.5 h,蘇木素復(fù)染,光鏡下觀察控制顯色反應(yīng)時間5~10 min,終止顯色反應(yīng)。蘇木素復(fù)染、脫水、透明、封片,封片,置于光學(xué)顯微鏡下觀察,以細(xì)胞漿染成黃色或棕黃色為Caspase-3和Bcl-2陽性表達,采用多功能真彩色細(xì)胞圖像分析管理系統(tǒng)進行分析,計數(shù)每個視野陽性細(xì)胞數(shù),相加取其平均值。
1.6Western blotting法檢測視網(wǎng)膜組織中Caspase-3和Bcl-2蛋白表達水平取視網(wǎng)膜組織,剪碎勻漿,加入組織裂解液提取蛋白,BCA法測定蛋白濃度,采用Western blotting試劑盒進行蛋白定量。每組取50 μg蛋白上樣量進行電泳,經(jīng)轉(zhuǎn)印后分別檢測Caspase-3和Bcl-2蛋白表達,結(jié)果采用凝膠成像分析儀進行灰度分析,以目的條帶和β-actin條帶蛋白吸光度(A)值比值表示蛋白的相對表達水平。
2.1各組大鼠視網(wǎng)膜形態(tài)學(xué)假手術(shù)組大鼠視網(wǎng)膜組織結(jié)構(gòu)完整,鞏膜面向玻璃體依次為外核層、內(nèi)核層和神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層,細(xì)胞核排列整齊。模型組大鼠造模后1 h視網(wǎng)膜組織水腫,可見神經(jīng)節(jié)細(xì)胞空泡樣變性;造模后6 h,細(xì)胞層排列呈現(xiàn)疏松狀;造模12 h后,視網(wǎng)膜組織水腫明顯,神經(jīng)節(jié)細(xì)胞排列較稀疏;造模后24 h,視網(wǎng)膜水腫減輕,視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞數(shù)目大量減少,邊界模糊,神經(jīng)纖維層明顯變?。辉炷?8 h后,視網(wǎng)膜組織水腫消退,視網(wǎng)膜內(nèi)層明顯變薄萎縮,視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞數(shù)減少。與模型組比較,治療組大鼠各時間點視網(wǎng)膜組織結(jié)構(gòu)、損傷程度及神經(jīng)節(jié)細(xì)胞變性程度均減輕。見圖1(插頁五)。
2.2各組大鼠視網(wǎng)膜內(nèi)層厚度與假手術(shù)組比較,模型組大鼠視網(wǎng)膜缺血再灌注后1、6、12、24和48 h視網(wǎng)膜內(nèi)層厚度均明顯減小(P<0.05);與模型組比較,治療組各時間點大鼠視網(wǎng)膜內(nèi)層厚度均明顯增加(P<0.05)。見表1。
表1各組大鼠視網(wǎng)膜內(nèi)層厚度
GroupThicknessofretina(t/h) 16122448Shamoperation106.13±5.26104.98±4.92105.52±5.29106.71±5.81105.01±4.85Model143.76±7.48?83.36±3.47?77.31±3.71?61.62±3.80?66.87±3.23?Treatment120.84±5.54△88.85±4.4184.58±4.04△91.49±5.18△92.61±5.20△
*P<0.05 compared with sham operation group;△P<0.05 compared with model group.
2.3各組大鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞凋亡情況與假手術(shù)組比較,模型組大鼠各時間點視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞凋亡數(shù)明顯增加(P<0.01);模型組內(nèi)不同時間點之間凋亡細(xì)胞數(shù)比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。與模型組比較,治療組大鼠各時間點視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞凋亡數(shù)明顯減少(P<0.05);治療組內(nèi)不同時間點之間凋亡細(xì)胞數(shù)比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。見表2。
2.4各組大鼠視網(wǎng)膜組織中Caspase-3和Bcl-2表達與假手術(shù)組比較,模型組大鼠視網(wǎng)膜缺血再灌注后1、6、12、24和48 h視網(wǎng)膜組織中Caspase-3和Bcl-2陽性細(xì)胞數(shù)明顯升高(P<0.05);模型組組內(nèi)不同時間點間陽性細(xì)胞數(shù)比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。與模型組比較,治療組大鼠各時間點視網(wǎng)膜組織中Caspase-3陽性細(xì)胞數(shù)明顯降低(P<0.05),而大鼠視網(wǎng)膜組織中Bcl-2陽性細(xì)胞數(shù)明顯增加(P<0.05)。見表3。
表2各組大鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞凋亡數(shù)
GroupNumberofapoptoticcells(t/h) 16122448Shamoperation0.11±0.010.09±0.010.10±0.010.08±0.010.12±0.01Model14.47±1.28?22.40±1.49?30.11±1.93?20.24±1.87?8.41±0.91?Treatment12.71±1.33△14.03±1.75△19.37±2.01△15.11±1.02△5.64±0.83△
*P<0.01 compared with sham operation group;△P<0.05 compared with model group.
表3各組大鼠視網(wǎng)膜組織中Caspase-3和Bcl-2陽性細(xì)胞數(shù)
GroupNumberofCaspase?3positivecells(t/h) 16122448Shamoperation0.52±0.010.65±0.020.56±0.010.60±0.010.56±0.03Model8.55±0.71?10.71±1.20?15.96±1.11?17.43±2.48?4.73±0.87?Treatment2.70±0.64△3.29±0.97△3.79±0.83△4.04±0.57△2.38±0.41△GroupNumberofBcl?2positivecells(t/h) 16122448Shamoperation1.34±0.141.47±0.321.31±0.371.54±0.291.48±0.36Model15.39±1.59?17.81±2.43?22.54±3.79?28.85±5.76?20.01±4.44?Treatment20.44±4.31△25.75±6.13△30.11±5.66△40.03±8.91△27.93±4.18△
*P<0.05 compared with sham operation group;△P<0.05 compared with model group.
2.5各組大鼠視網(wǎng)膜組織中Caspase-3和Bcl-2蛋白表達水平Western blotting法檢測結(jié)果顯示:Caspase-3和Bcl-2蛋白在目的條帶處出現(xiàn)灰色條帶,假手術(shù)組蛋白表達水平正常,模型組表達水平明顯升高(P<0.05或P<0.01)。與模型組比較,治療組各時間點大鼠視網(wǎng)膜組織中Bcl-2蛋白表達水平均升高;24和48 h時治療組Bcl-2蛋白表達水平明顯升高(P<0.05);而1、6和12 h時差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。治療組各時間點Caspase-3蛋白表達水平均低于模型組(P<0.05)。見圖2和3。
Lane 1:Sham operation group; Lane 2-5:Model group(1,12,24, and 48 h);Lane 6-9:Treatment group(1,12,24, and 48 h).
圖2各組大鼠視網(wǎng)膜組織中Caspase-3和Bcl-2蛋白表達電泳圖
Fig.2Electrophoregram of expressions of Caspase-3 and Bcl-2 proteins in retina tissue of rats in various groups
*P<0.05 compared with sham operation group;△P<0.05 compared with model group.
圖3各組大鼠視網(wǎng)膜組織中Caspase-3(A)和Bcl-2(B)蛋白表達水平
Fig.3Expression levels of Caspase-3(A) and Bcl-2(B) proteins in retina tissue of rats in various groups
RIRI是指當(dāng)視網(wǎng)膜組織缺血缺氧、恢復(fù)血液供氧后,加重視網(wǎng)膜形成不可逆性損傷,是臨床上比較常見的一種眼部疾病[10],多見于閉角型青光眼急性發(fā)作、視網(wǎng)膜中央動脈阻塞、糖尿病視網(wǎng)膜病變以及眼科手術(shù)等[11]。目前基礎(chǔ)研究主要利用RIRI動物模型,合適的動物模型是基礎(chǔ)實驗成功的前提條件。本實驗采用前方內(nèi)灌注生理鹽水和升高眼壓法[12-13]建立RIRI模型,該模型可操作性強,可完全阻斷視網(wǎng)膜血流,過程穩(wěn)定,成功率高,對視網(wǎng)膜其他組織損傷較小。造模后RIRI模型大鼠視網(wǎng)膜組織水腫,可見神經(jīng)節(jié)細(xì)胞空泡樣變性,細(xì)胞層排列呈疏松狀,視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞數(shù)目大量減少,邊界模糊,神經(jīng)纖維層明顯萎縮變薄,提示造模成功。
RIRI的發(fā)病機制較為復(fù)雜,目前的研究水平還無法完全闡明其作用機制,研究[14-15]顯示:RIRI的機制包括氧自由基產(chǎn)生過多、白細(xì)胞和炎癥因子的大量浸潤等多因素介導(dǎo)的復(fù)雜病理生理過程。細(xì)胞凋亡被認(rèn)為是RIRI后神經(jīng)細(xì)胞損傷的主要方式,而炎癥反應(yīng)機制參與RIRI發(fā)病起始和整個疾病過程。Bcl-2是一種凋亡抑制基因,而Caspase-3則是凋亡執(zhí)行基因,兩者與細(xì)胞凋亡的關(guān)系非常密切[16-17]。研究[18-19]顯示:Bcl-2和Caspase-3是非常重要的凋亡基因,是評價細(xì)胞凋亡程度的指標(biāo),在眼科相關(guān)疾病的發(fā)病機制中占有重要的地位。
本研究通過觀察RIRI大鼠視網(wǎng)膜顯微結(jié)構(gòu)的變化發(fā)現(xiàn):白藜蘆醇可以有效保護 RIRI 大鼠視網(wǎng)膜組織結(jié)構(gòu),改善損傷程度及神經(jīng)節(jié)細(xì)胞變性程度,明顯減輕大鼠視網(wǎng)膜組織水腫,抑制視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞的凋亡。研究[20-21]顯示:缺血區(qū)出現(xiàn)炎癥細(xì)胞因子的積聚是缺血再灌注最早期的反應(yīng),炎癥反應(yīng)在RIRI發(fā)病機制中同樣起著重要作用。有學(xué)者[22-23]將Caspases抑制因子應(yīng)用于RIRI模型中發(fā)現(xiàn):Caspases抑制因子可減少RIRI視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞死亡,且Caspase-3與RIRI神經(jīng)元凋亡有關(guān)。本研究結(jié)果顯示:視網(wǎng)膜組織形態(tài)上,治療組均較模型組明顯改善,說明白藜蘆醇可以減輕RIRI。Western blotting檢測結(jié)果提示:與模型組比較,治療組不同時間點大鼠視網(wǎng)膜組織中Bcl-2蛋白表達水平明顯升高,尤其是術(shù)后24和48 h,而治療組Caspase-3蛋白表達水平均明顯低于模型組。說明白藜蘆醇能夠降低RIRI視網(wǎng)膜組織中相關(guān)蛋白Caspase-3表達水平及升高組織中Bcl-2的表達水平。
綜上所述,白藜蘆醇對RIRI大鼠的視網(wǎng)膜神經(jīng)組織結(jié)構(gòu)有改善作用,其作用機制可能與其能降低RIRI大鼠視網(wǎng)膜組織中Caspase-3蛋白水平表達水平及增加Bcl-2蛋白的表達水平有關(guān),且可抑制大鼠RIRI時視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞的凋亡。
[參考文獻]
[1] Chen YJ,Huang YS,Chen JT,et al. Protective effects of glucosamine on oxidative-stress and ischemia reperfusion-induced retinal injury [J]. Invest Ophthalmol Vis Sci,2015,56 (3): 1506-1516.
[2] Fang IM,Yang CM,Yang CH.Chitosan oligosaccharides prevented retinal ischemia and reperfusion injury via reduced oxidative stress and inflammation in rats [J].Exp Eye Res,2015,130(7): 38-50.
[3] 賈茜鈺,劉勤.中藥提取物對視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷防治作用的研究進展 [J].國際眼科雜志,2015,15 (5): 810-812.
[4] de la Lastra CA,Villegas I.Resveratrol as an antioxidant and pro-oxidant agent:mechanisms and clinical implications [J].Biochem Soc Trans,2007,35 (Pt 5): 1156-1160.
[5] Ban JY,Cho SO,Choi SH,et al.Neuroprotective effect of Smilacis chinae rhizome on NMDA-induced neurotoxicityinvitroand focal cerebral ischemia in vivo [J].J Pharmacol Sci,2008,106(1): 68-77.
[6] 陳夢微,鄧群仙,張金容,等.葡萄不同品種和組織中白藜蘆醇含量及其抗氧化活性分析 [J].食品與機械,2017,33 (1): 150-154.
[7] 王娜,李峰,邢曉玉,等.低毒白藜蘆醇脂質(zhì)體的制備及其抗氧化活性研究 [J].廣州化工,2017,45 (3): 37-38.
[8] 王浩,劉索新,鞠學(xué)紅.視網(wǎng)膜缺血再灌注模型的建立與觀察研究進展 [J].國際眼科雜志,2012,12(10): 1902-1903.
[9] Wang S,Ye Q,Tu J,et al.Curcumin protects against hypertension aggravated retinal ischemia/ reperfusion in a rat stroke model [J].Clin Exp Hypertens,2017,39(8): 711-717.
[10]Kal A,Kal O,Akillioglu I,et al.The protective effect of prophylactic ozone administration against retinal ischemia-reperfusion injury [J].Cutan Ocul Toxicol,2017,36 (1): 39-47.
[11]Sakamoto K,Suzuki Y,Kurauchi Y,et al.Hydrogen sulfide attenuates NMDA-induced neuronal injury via its anti-oxidative activity in the rat retina [J].Exp Eye Res,2014,120(4): 90-96.
[12]Li X,Kang Q,Gao S,et al.Transplantation with retinal progenitor cells repairs visual function in rats with retinal ischemia-reperfusion injury [J].Neurosci Lett,2014,558: 8-13.
[13]Chen L,Qi Y,Yang X.Neuroprotective effects of crocin against oxidative stress induced by ischemia/reperfusion injury in rat retina [J].Ophthalmic Res,2015,54 (3): 157-68.
[14]Chen Q,Wang H,Liao S,et al.Nerve growth factor protects retinal ganglion cells against injury induced by retinal ischemia-reperfusion in rats [J].Growth Factors,2015,33 (2): 149-159.
[15]Wang J,Sun Z,Shen J,et al.Octreotide Protects the Mouse Retina against Ischemic Reperfusion Injury through Regulation of Antioxidation and Activation of NF-κB [J].Oxid Med Cell Longev,2015,2015: 970156.
[16]Xu J,Zhou M,Ouyang J,et al.Gambogic acid induces mitochondria-dependent apoptosis by modulation of Bcl-2 and Bax in mantle cell lymphoma JeKo-1 cells [J].Chin J Cancer Res,2013,25 (2): 183-191.
[17]Zarch AV,Toroudi HP,Soleimani M,et al.Neuroprotective effects of diazoxide and its antagonism by glibenclamide in pyramidal neurons of rat hippocampus subjected to ischemia-reperfusion-induced injury [J].Int J Neurosci,2009,119 (9): 1346-1361.
[18]劉瑩,張花治,白麗君,等.原花青素對視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷大鼠視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)及核轉(zhuǎn)錄因子-κB表達的影響 [J].中國中醫(yī)藥信息雜志,2013,20(5): 32-34.
[19]Choudhuri S,Chowdhury IH,Das S,et al.Role of NF-κB activation and VEGF gene polymorphisms in VEGF up regulation in non-proliferative and proliferative diabetic retinopathy [J].Mol Cell Biochem,2015,405 (1/2): 265-279.
[20]Joachim SC,Jehle T,Boehm N,et al. Effect of ischemia duration on autoantibody response in rats undergoing retinal ischemia-reperfusion[J].Ophthalmic Res,2012,48(2): 67-74.
[21]Ishikawa S,Hirata A,Nakabayashi J,et al.Neuroprotective effect of small interfering RNA targeted to caspase-3 on rat retinal ganglion cell loss induced by ischemia and reperfusion injury[J].Curr Eye Res,2012,37(10): 907-913.
[22]Kerr NM,Johnson CS,Zhang J,et al.High pressure-induced retinal ischaemia reperfusion causes upregulation of gap junction protein connexin43 prior to retinal ganglion cell loss[J].Exp Neurol,2012,234(1): 144-152.
[23]Singh M,Savitz SI,Hoque R,et al.Cell-specific caspase expression by different neuronal phenotypes in transient retinal ischemia[J].J Neurochem,2001,77(2): 466-475.