青勝利,王淑娜,汪東昇,呂小群,徐添穎,繆朝玉(1.海軍軍醫(yī)大學:a.藥學系藥理學教研室,b.麻醉系麻醉藥理學教研室,上海 00433;.復(fù)旦大學附屬金山醫(yī)院藥劑科,上海 01508)
在我國成人死因中,腦卒中位列第一,全球第二[1-2]。在所有的腦卒中患者中,有78%的患者是缺血性腦卒中,其他為出血性腦卒中[3]。腦卒中的治療藥物很少,目前FDA 唯一批準的藥物只有組織纖溶酶原激活劑。但是,由于其治療窗口狹窄、有禁忌證和并發(fā)癥風險,組織纖溶酶原激活劑僅適用于3%~5%的腦卒中患者[2]。因而,尋求新的治療靶點和手段顯得十分重要。
煙酰胺磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(Nampt)又被稱作內(nèi)臟脂肪素,也是一種脂肪因子。它還有一個名稱是PBEF,是合成哺乳動物細胞內(nèi)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的關(guān)鍵限速酶[4]。最近的研究證明了Nampt 可以作為缺血性腦卒中治療新靶點[2-3,5-7]。Nampt 治療缺血性腦卒中的作用機制包括急性期的腦保護以及慢性期的促血管修復(fù)和神經(jīng)再生作用。這些作用機制通過體內(nèi)體外試驗在神經(jīng)細胞、內(nèi)皮祖細胞和神經(jīng)干細胞得到證實。NAD+在細胞能量維持中起著關(guān)鍵作用[8],而Nampt 可以通過補救合成途徑促進哺乳動物中NAD+生物合成,影響ATP 的產(chǎn)生,對抗缺血性腦卒中后的供能不足,維持細胞內(nèi)能量穩(wěn)態(tài),抑制神經(jīng)細胞死亡[3]。
Nampt 既可存在于細胞內(nèi),也可以分泌到細胞外[9]。從細胞分泌出來后可以存在于血液中,與高血壓、糖尿病等多種疾病相關(guān)[10,11]。在缺血性腦卒中發(fā)生后,外周血液的Nampt 會顯著性升高[12-13]。局部腦組織內(nèi)Nampt 對缺血性腦卒中的保護作用已經(jīng)十分明確,而腦外組織來源的Nampt 對缺血性腦卒中的作用研究較少。已知肝臟細胞可以分泌Nampt,并且肝臟被認為是血液Nampt 的主要組織來源之一[3,14-15]。本研究主要通過Cre/loxP 重組酶系統(tǒng)特異性敲除肝臟Nampt 基因的表達,利用大腦中動脈阻塞(MCAO)缺血性腦卒中模型,研究肝臟來源的Nampt 是否參與缺血性腦卒中的保護,為進一步明確Nampt 作為缺血性腦卒中治療新靶點的重要意義,為探究外周器官參與缺血性腦卒中損傷及修復(fù)的新機制打下基礎(chǔ)。
NamptloxP/loxP小鼠(南京醫(yī)科大學王強教授實驗室贈予)和Albumin-Cre 小鼠(上海南方模式生物科技發(fā)展有限公司)。動物自由飲水、進食;環(huán)境溫度控制在(25±1) ℃,相對濕度40%~60%,晝夜均為12 h。所有動物實驗均符合實驗動物倫理學要求。
PCR 儀(TaKaRa),M200 PRO 多功能酶標儀(瑞士Tecan 公司),SC12 型水平電泳槽(北京凱元信瑞儀器有限公司),F(xiàn)R-980A 生物電泳圖像分析系統(tǒng)(上海復(fù)日科技有限公司),紅外激光掃描成像系統(tǒng)(LI-COR),蛋白電泳、轉(zhuǎn)膜系統(tǒng)(上海天能科技有限公司),高通量組織研磨儀(上海萬柏生物科技有限公司),顱骨鉆(廣州坤圖生物科技有限公司),CHR 多功能手術(shù)儀(武漢春光醫(yī)療美容儀器有限公司)。
小鼠鑒定引物(上海生工生物工程股份有限公司)序列如表1 所示。
表1 基因型鑒定引物
鼠尾基因組DNA 提取試劑盒(康為世紀生物科技有限公司),多聚甲醛(博光生物科技有限公司),GAPDH 抗體和BCA 蛋白濃度試劑盒(上海碧云天生物技術(shù)有限公司),PBEF 抗體(F-8)(Santa Cruz Biotechnology),Premix TaqTM(TaKaRa),硝酸纖維素轉(zhuǎn)移膜(Whatman),IRDye?800CW Donkey anti-Mouse IgG 二抗(LI-COR),血漿Visfatin 檢測試劑盒(Phoenix Pharmaceuticals,Inc),2,3,5-氯化三苯基四氮唑(BBI Life Science),異戊巴比妥(BIOSZUNE LIFE SCIENCES DEP),水合氯醛(國藥集團化學試劑有限公司)。
白蛋白(Alb)僅在肝臟中表達。目前,Alb 基因啟動子作為肝臟特異性啟動子被廣泛用于制備肝臟特異性基因敲除小鼠模型[16]。NamptloxP/loxPAlb-Cre 及其同窩對照NamptloxP/loxP小鼠由NamptloxP/loxP和Alb-Cre 兩種小鼠雜交獲得。培育過程如圖1:①將NamptloxP/loxP小鼠與Alb-Cre 小鼠交配,篩選獲得NamptloxP/WTAlb-Cre,②NamptloxP/WTAlb-Cre 與NamptloxP/loxP小鼠交配,得到NamptloxP/loxPAlb-Cre,③最后將NamptloxP/loxPAlb-Cre 與NamptloxP/loxP交配,得到用于實驗的NamptloxP/loxPAlb-Cre(即liverspecific Nampt knockout mice,以下簡稱LNKO)及其同窩對照NamptloxP/loxP小鼠(以下簡稱WT),用引物1 對其子代進行基因型鑒定。實驗中①②③交配使用的NamptloxP/loxP小鼠全部用NamptloxP/loxP與NamptloxP/loxP小鼠交配所得,用引物2 對其子代進行基因型鑒定。
圖1 肝臟特異性Nampt 基因敲除小鼠的培育
2.2.1 提取DNA
剪取5 周齡小鼠尾巴約0.5 cm。置于1.5 ml離心管中,剪碎后,按照鼠尾基因組DNA 提取試劑盒(康為世紀生物科技有限公司)說明書進行提取。
2.2.2 PCR 擴增
擴增小鼠DNA,擴增程序如圖2,擴增體系20 μl:Premix TaqTM10 μl,引物1 μl (5 μm),DNA 溶液2 μl,ddH2O 體積為7 μl,混合均勻后放入PCR 儀進行擴增。NamptloxP/loxPAlb-Cre 與NamptloxP/loxP交配得到的子代用引物1 和擴增程序圖2A 進行鑒定,NamptloxP/loxP與NamptloxP/loxP交配得到的子代,理論上都為NamptloxP/loxP,用引物2 和擴增程序圖2B 進行鑒定。
圖2 鼠尾DNA PCR 鑒定擴增程序
2.2.3 瓊脂糖電泳
配制2%的瓊脂糖凝膠(瓊脂糖凝膠未凝固前每10 ml 加入1 μl 的gelRed 試劑),在水平100 V電泳槽中電泳30 min。
2.2.4 凝膠成像
最后用生物電泳圖像分析系統(tǒng),在312 nm 紫外線下拍攝成像。
用1%異戊巴比妥腹腔麻醉小鼠(100 mg/kg),心臟取血后,取出小鼠的肝臟、腦,用高通量組織研磨儀對組織進行勻漿,在4 ℃,12 000×g的條件下,離心20 min 后取上清液,用BCA 法進行蛋白定量,通過蛋白免疫印跡法檢測Nampt 蛋白。
神經(jīng)行為學損傷評分采用5 分法[17]。0 分:正常,無神經(jīng)功能缺損;1 分:癱瘓側(cè)前爪不能完全伸展,輕度神經(jīng)功能缺損;2 分:行走時,小鼠向癱瘓側(cè)轉(zhuǎn)圈,中度神經(jīng)功能缺損;3 分:行走時,小鼠身體向癱瘓側(cè)傾倒,重度神經(jīng)功能缺損;4 分:不能自發(fā)行走,有意識喪失。
MCAO 造模24 h 后將小鼠麻醉,斷頭取出腦,放入?20 ℃冷凍15~20 min,再用刀片將全腦冠狀切出6 片1 mm 厚的腦片,去掉尾部帶有嗅球、小腦和低位腦干的部分。腦片用37 ℃預(yù)熱的2%TTC 染色,37 ℃避光染色30 min,正常組織為紅色,梗死組織為白色。4%多聚甲醛固定1 h 后,用濾紙吸干液體再取出腦片,用掃描儀掃描腦片,用Image J 計算梗死面積,以測量梗死腦組織體積占總測量腦片體積的百分比作為衡量腦梗死的指標。每片切片的腦梗死體積=(該切片雙面梗死面積之和÷2)×層厚,相對腦梗死體積(%)=(全部切片梗死體積之和÷全部切片體積之和)×100%。
小鼠心臟取血得到血漿后,用ELISA 法測定Nampt 的含量。測定步驟按照血漿Visfatin 檢測試劑盒說明書進行。
采用GraphPad Prism 8.0 軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,實驗數(shù)據(jù)用(±s)表示,通過獨立樣本t檢驗分析組間差異的顯著性,以P<0.05 為具有統(tǒng)計學差異。
核酸電泳條帶為150 bp+351 bp+390 bp 的為NamptloxP/loxPAlb-Cre,即LNKO 小鼠,核酸電泳條帶為351 bp 的為NamptloxP/loxP,即WT 小鼠。小鼠基因型鑒定結(jié)果如圖3 所示,從左到右,泳道1 為DNA Maker,泳道2 和3 為WT 小鼠(351 bp),泳道4 和5 為LNKO 小鼠(150 bp+351 bp+390 bp)。
圖3 肝臟特異性Nampt 基因敲除小鼠鑒定電泳圖
比較各組小鼠12 周齡的體重。如圖4 所示,WT 雄性小鼠的體重為(25.31±1.91) g,LNKO 雄性小鼠的體重為(25.19±1.17) g,WT 雌性小鼠的體重為(19.79±1.19) g,LNKO 雌性小鼠的體重為(20.36±1.79) g。同一性別中,LNKO 和WT 小鼠體重比較沒有顯著性差異。WT 小鼠中,雄鼠比雌鼠平均重5.52 g(P<0.001)。LNKO 小鼠中,雄鼠比雌鼠平均重4.83 g (P<0.001)。以上結(jié)果說明特異性敲除肝臟Nampt 基因表達,對小鼠的體重無影響。
圖4 12 周齡肝臟特異性 Nampt 基因敲除小鼠體重情況(n≥7)
為進一步驗證成功培育肝臟特異性Nampt 基因敲除小鼠,提取各組小鼠的肝臟和腦組織蛋白,通過蛋白免疫印跡驗證兩種組織中Nampt 蛋白的表達。如圖5A 所示,同一性別肝臟組織中,LNKO 小鼠Nampt 蛋白表達水平都顯著性低于其對照WT 小鼠,其中LNKO 雄性小鼠Nampt 蛋白表達水平比WT 雄性小鼠降低了67.1%;LNKO 雌性小鼠Nampt 蛋白表達水平比WT 雌性小鼠降低了81.3%。如圖5B 所示,在腦組織中,LNKO 小鼠Nampt 蛋白表達水平與其對照小鼠相比無顯著性差異。蛋白免疫印跡結(jié)果進一步證明,肝臟特異性Nampt 基因敲除小鼠被成功構(gòu)建。
圖5 肝臟特異性Nampt 基因敲除小鼠肝臟、腦組織中Nampt 蛋白的表達(n=3)
根據(jù)血漿Visfatin 檢測試劑盒的數(shù)據(jù)處理方法,測量Nampt 蛋白的標準品(濃度依次為0.1、1、10、100、1 000 ng/ml)在450 nm 處的吸光度(A)值,對數(shù)據(jù)進行四參數(shù)Logistic 曲線擬合得到圖6A,R2=1,曲線擬合效果很好。
在喀什噶爾河流域的灌溉區(qū)域規(guī)劃和管理。供水系統(tǒng)適用于不同的行政管轄和管理。水管理有很多缺點。例如,庫尚河的上游和下游地區(qū)由河流管理管理局管理,中西部地區(qū)由河流管理總局管理,由河流管理管理局管理,由河流管理管理部門管理。在卡什卡河、河川和河谷管理的水庫管理部門管理著卡什卡河流域管理部門的管理部門,由水利局管理,水的一部分來自庫克灣的粥鎮(zhèn)。河流相互依賴,相互依賴。由于水資源的復(fù)雜管理地位,缺乏單一的管理和水資源管理、工程規(guī)劃、建筑、開發(fā)、甚至管理都將受到洛林主義和復(fù)雜管理的影響。河流域的限制還沒有完全排水系統(tǒng)。
根據(jù)擬合曲線方程和樣品的吸光度值,計算各組小鼠血漿Nampt 蛋白濃度。如圖6B 所示,同一性別對應(yīng)的LNKO 與WT 小鼠血漿Nampt 蛋白濃度無顯著性差異,LNKO 與WT 小鼠的血漿Nampt蛋白濃度也無顯著性差異。只有LNKO 雄性組的血漿Nampt 蛋白平均濃度比LNKO 雌性組略升高0.91 ng/ml(P<0.05)。
圖6 生理條件下肝臟特異性Nampt 基因敲除小鼠血漿Nampt 蛋白表達(n≥6)
MCAO 造模43 只小鼠,成功造模38 只,其中WT 雄性小鼠11 只,LNKO 雄性小鼠8 只,WT 雌性小鼠11 只,LNKO 雌性小鼠8 只,造模成功率為88.37%。
3.5.1 肝臟特異性Nampt 基因敲除小鼠MCAO 造模24 h 后腦梗死情況
圖7A 顯示各組典型腦片TTC 染色,白色是梗死區(qū)。圖7B 代表統(tǒng)計后各組相對腦梗死體積。MCAO 造模24 h 后,相對腦梗死體積數(shù)據(jù)如下:WT 雄性組為(16.14±1.78)%,LNKO 雄性組為(17.71±2.08)%,WT 雌性組為(16.85±3.36)%,LNKO 雌性組為(18.68±4.50)%。各組在MCAO 造模24 h 后的相對腦梗死體積無顯著性差異。
圖7 肝臟特異性Nampt 基因敲除小鼠MCAO 造模24 h 后腦梗死情況(n≥8)
3.5.2 肝臟特異性Nampt 基因敲除小鼠MCAO 造模24 h 后神經(jīng)行為學損傷評分
神經(jīng)行為學損傷評分數(shù)據(jù)如表2 所示。造模24 h 后,各組小鼠以輕度神經(jīng)功能損傷為主,癱瘓側(cè)前肢不能完全伸展;每組都存在部分發(fā)生中度神經(jīng)功能損傷,行走時向癱瘓側(cè)轉(zhuǎn)圈。各組在MCAO 造模24 h 后神經(jīng)行為學評分無顯著性差異,而且各組神經(jīng)行為學評分高低與相對腦梗死體積一致。
表2 各組小鼠MCAO 造模24 h 后神經(jīng)行為學損傷評分 (n≥8)
3.5.3 肝臟特異性Nampt 基因敲除小鼠MCAO 造模24 h 后血漿Nampt 蛋白水平
MCAO 造模24 h 后,各組血漿Nampt 蛋白平均濃度:WT 雄性組為(6.26±0.98) ng/ml,LNKO 雄性組為(6.44±1.03) ng/ml,WT 雌性組 為(5.28±0.86) ng/ml,LNKO 雌性組 為(5.70±0.80) ng/ml。如圖8 所示,LNKO 及其同窩對照WT 小鼠在MCAO 造模24 h 后血漿Nampt 蛋白表達無顯著性差異。
圖8 肝臟特異性Nampt 基因敲除小鼠MCAO 造模24 h 后血漿Nampt 蛋白表達(n≥6)
本研究利用Cre/loxP 重組酶系統(tǒng)成功構(gòu)建肝臟特異性Nampt 基因敲除小鼠,并證實肝臟來源Nampt 對缺血性腦卒中沒有明顯保護作用。
Cre/loxP 重組酶系統(tǒng)介導(dǎo)的基因打靶方法是目前應(yīng)用最為廣泛的基因條件性敲除方法。loxP 序列中的特殊回文結(jié)構(gòu)可以被Cre 酶特異性識別結(jié)合并催化兩個loxP 序列之間的片段發(fā)生同源重組,進而實現(xiàn)對該片段的基因敲除。我們通過基因鑒定和肝臟Nampt 蛋白免疫印跡從基因和蛋白兩個層面對該動物模型進行驗證,結(jié)果都表明小鼠肝臟Nampt 基因被特異性敲除。以同窩對照為陰性對照,監(jiān)測兩組小鼠的一般狀況,發(fā)現(xiàn)其體重、活動狀態(tài)等無顯著差異。有研究曾比較10、55、110 周雌性肝臟特異性Nampt 基因敲除小鼠與對照小鼠體重,兩者無顯著性差異,這與本研究結(jié)果一致[16]。
Nampt 是一種脂肪細胞因子,可由脂肪組織大量分泌。除此以外,其他如肝細胞,白細胞,單核細胞,B 細胞,心肌細胞和各種神經(jīng)細胞也可分泌Nampt,目前認為脂肪、肝臟和白細胞是血液Nampt 來源的主要器官[3],但是血液中Nampt 的各組織分泌的貢獻率并不是十分清楚。本研究首次顯示特異性敲除小鼠肝臟Nampt 基因的表達并不能顯著影響生理情況下血漿Nampt 蛋白濃度,這是基于肝臟特異性Nampt 基因敲除小鼠的一個在體研究結(jié)果,不同于前期的相關(guān)研究。前期研究報道了肝臟HepG2 細胞[15]、大鼠來源肝細胞[14-15]和原代人的肝細胞[15]可以大量分泌Nampt 蛋白,這些結(jié)論主要基于的都是體外的細胞實驗,沒有研究整體的動物和人。本研究結(jié)果說明生理狀態(tài)下肝臟Nampt 的分泌水平可能相對較低,對血液Nampt 的貢獻率不如脂肪組織。肝臟特異性Nampt 基因敲除導(dǎo)致的Nampt 分泌減少在生理狀態(tài)下可能仍然能夠被脂肪等組織很好地代償,因而血漿Nampt 水平不改變。在這點上,脂肪特異性Nampt 基因敲除對血液Nampt 水平的影響更大。Yoon 等[18]發(fā)現(xiàn)雌性脂肪特異性Nampt 基因敲除鼠的血漿Nampt 水平顯著低于雌性對照鼠。此外,研究結(jié)果說明肝臟特異性敲除Nampt 基因表達后,性別因素并不顯著影響肝臟對血液Nampt 的貢獻率,這與脂肪特異性Nampt 基因敲除小鼠有所不同[18]。
但是肝臟特異性Nampt 基因敲除是否影響外周血Nampt 水平還可能與病理狀態(tài)和禁食因素等有關(guān)。有研究報道與健康對照組相比,肝硬化患者的血液Nampt 水平顯著升高[19],提示病理狀態(tài)時肝臟對血液Nampt 的貢獻會發(fā)生改變。另一方面,血液Nampt 水平受禁食因素影響,所以檢測結(jié)果和動物進食狀態(tài)有關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)禁食會升高Nampt 血液水平[18]。本研究在未禁食下檢測,肝臟特異性Nampt 基因敲除不改變血液Nampt 水平。但在禁食狀態(tài)下,各組織對血液Nampt 貢獻情況很可能會發(fā)生改變,從而引起血液Nampt 水平變化。本研究所反映的僅是在非禁食的生理狀態(tài)下以及腦缺血后的肝臟特異性Nampt 基因敲除小鼠的外周血Nampt 水平,在其他條件下肝臟特異性Nampt 基因敲除是否對血液Nampt 水平有影響有待進一步研究。
本研究的一個重要目的是確認肝臟來源Nampt 是否參與腦缺血損傷及修復(fù)。在缺血性腦卒中時,機體除了調(diào)動腦內(nèi)細胞的Nampt 發(fā)揮保護作用,肝臟來源的Nampt 是否也參與了機體的內(nèi)在防御修復(fù)作用仍屬未知。本研究采用電凝法制備腦卒中模型和肝臟特異性Nampt 基因敲除動物開展研究。電凝法手術(shù)在直視下操作,手術(shù)中出血量少,造模成功率高,導(dǎo)致的腦缺血效果穩(wěn)定,可模擬永久性腦梗死。造模后小鼠出現(xiàn)輕度到中度神經(jīng)功能損傷,腦片TTC 染色出現(xiàn)白色梗死區(qū)域,說明電凝法可成功制備MCAO 模型。肝臟特異性Nampt 基因敲除小鼠肝臟Nampt 蛋白表達下降,而腦內(nèi)Nampt 蛋白表達不受影響,非常適合本課題的研究目的。研究結(jié)果顯示,同一性別,與野生型相比,肝臟特異性Nampt 基因敲除并不影響腦卒中的相對梗死體積和神經(jīng)行為學評分,說明肝臟來源Nampt 不主要參與腦缺血損傷及修復(fù)。這一結(jié)果的原因可能與肝臟來源Nampt 對血液Nampt 的貢獻率不大有關(guān)。血液Nampt 的水平是外周Nampt發(fā)揮腦生物學功能的基礎(chǔ)。在正常條件下,本研究已證實肝臟來源Nampt 對血液Nampt 的貢獻率不大。在腦卒中條件下,卒中后24 h 肝臟特異性Nampt 基因敲除組和對照組小鼠血液Nampt水平無顯著性差異,也說明肝臟來源Nampt 對卒中后血液Nampt 變化的貢獻率不大。
本研究顯示,肝臟特異性Nampt 基因敲除后,雄性小鼠比雌性小鼠血漿中Nampt 表達水平略高,但是后續(xù)這兩種性別小鼠在缺血后腦梗死面積并沒有顯著性差異。在生理狀態(tài)下,LNKO 雄性比LNKO 雌性血液Nampt 水平表達略高。腦卒中24 h后,LNKO 雄性小鼠比LNKO 雌性小鼠血液Nampt水平有升高趨勢,但無統(tǒng)計學差異。這兩個血液水平的結(jié)果是比較一致的。同樣,從腦梗死結(jié)果來看,雖然LNKO 雌性小鼠的腦梗死體積和LNKO雄性小鼠相比無統(tǒng)計學差異,但是有升高趨勢。從行為學評分來看,LNKO 雌性小鼠的神經(jīng)功能學損傷評分相比LNKO 雄性小鼠也有升高趨勢。這兩個結(jié)果與血液水平也是總體一致的。
血液水平Nampt 改變僅僅是影響腦梗死嚴重程度的一個因素,組織水平Nampt 改變也會影響腦梗死程度。不僅如此,動物的個體差異,手術(shù)操作的差異,也會影響腦梗死程度。因此,在現(xiàn)有的動物例數(shù)下,兩種性別的小鼠在缺血后腦梗死面積并沒有統(tǒng)計學差異。后續(xù)可以考慮進一步擴大例數(shù),確認兩種性別小鼠在腦梗死程度上是否存在差別,并同時觀察腦組織Nampt 水平是否在兩種性別小鼠腦缺血模型上有差別,以明確不同性別小鼠外周來源Nampt 和腦組織Nampt 對卒中的影響是否存在差異。
Nampt 是防治腦卒中的內(nèi)源性靶點[3],是兼具有多種重要功能的脂肪因子。已知Nampt 可被分泌入血,血液Nampt 具有酶活性,有生物學功能[12]。外周來源Nampt 很可能是機體維持生理穩(wěn)態(tài),在病理狀態(tài)下加強防御、促進修復(fù)的重要內(nèi)源性調(diào)控因子。因此,確認Nampt 的血液來源和探究血液Nampt 的潛在生物學功能具有重要意義。本研究首次確認了肝臟來源Nampt 對生理狀態(tài)血液Nampt 的貢獻情況和對腦缺血損傷的作用,為后續(xù)研究打下了重要基礎(chǔ)。當然,本研究也存在不足,比如僅觀測卒中后24 h 的情況,未觀察多個時間點的卒中情況,以及卒中慢性恢復(fù)期的情況。血液Nampt 的另一個主要來源是脂肪,脂肪來源Nampt 對血液Nampt 的貢獻情況已有報道[18],但對腦缺血損傷的作用尚未見報道。這些都有待進一步研究探索。