缺血前运动训练通过谷氨酸系统以及ERK1/2减轻大鼠脑缺血再灌注损伤的机制研究

摘要

第一部分：缺血前运动训练对脑缺血再灌注损伤的神经保护作用研究
　　目的：缺血性脑卒中(ischemic stroke)在我国不仅发病率高，并且伴有较高的致死率和致残率。既往的临床和基础研究均证实运动训练具有神经保护作用，但其具体的作用机制尚不清楚。本项研究的目的是探讨缺血前的运动训练作为缺血预处理的手段是否对大鼠脑缺血再灌注损伤具有保护作用。
　　方法：将54只SD大鼠随机分为3组：假手术静止对照组，缺血前运动组，缺血前非运动组。各组大鼠在进行运动训练3周后，每组各取6只，通过立体定位仪在大鼠脑内纹状体部位留置微透析管，之后进行大脑中动脉梗塞(middle cerebral artery occlusion，MCAO)/再灌注(reperfusion，R)手术，借助微透析技术收集各组大鼠缺血前(0min)，缺血期间(40min，80min，120min)和再灌注期间(160min，200min，240min，280min，320min，360min)的纹状体细胞外液。观察各组大鼠纹状体部位细胞外液的谷氨酸含量的变化。随后每组各取6只大鼠，在缺血再灌注48小时后对各组大鼠进行神经功能缺损评价，并通过TTC(2，3，5-三苯基氯化四氮唑)法检测各组大鼠脑梗塞体积，最后对其余各组大鼠通过脑组织干湿法来进行脑水肿情况分析。
　　结果：缺血前运动组以及缺血前非运动组，与假手术静止对照组相比，除了缺血后0分钟(基线水平)，200分钟，320分钟以及360分钟之外的所有时间点，大鼠纹状体部位的细胞外液的谷氨酸含量均明显升高(P<0.05)；缺血前运动组与缺血前非运动组相比，除了缺血后0分钟(基线水平)，200分钟，320分钟以及360分钟之外的所有时间点，大鼠纹状体部位的细胞外液的谷氨酸含量均明显较低(P<0.05)。同时，在缺血再灌注后48小时，TTC染色结果显示，缺血前运动组的脑梗死体积与缺血前非运动组的脑梗死体积相比明显较少(P<0.05)；缺血前运动组的神经功能缺损评分与缺血前非运动组的神经功能缺损评分相比，缺血前的运动训练能够明显减少神经功能缺损(P<0.05)；脑组织干湿法的结果显示，缺血前运动组的脑水肿程度与缺血前非运动组相比，运动训练能够明显减少脑水肿的程度(P<0.05)。
　　结论：本研究的结果表明，缺血运动训练可以降低大鼠脑缺血再灌注后纹状体部位细胞外液的谷氨酸含量的过度升高，并且能够有效减少脑梗死体积，减轻脑水肿程度，并降低脑缺血后神经功能的缺损程度，从而证实运动训练作为缺血前预处理的手段之一，可以诱发脑缺血耐受，从而减轻脑缺血再灌注损伤。
　　第二部分：缺血前运动训练对脑缺血再灌注后谷氨酸受体以及细胞外信号调节蛋白激酶1/2的影响的研究
　　目的：既往的研究表明，细胞外信号调节蛋白激酶(ERK)1/2以及谷氨酸受体(如NR2B，mGluR5)在脑缺血再灌注损伤过程中发挥重要作用。同时，运动训练的神经保护作用已经被证实，但具体机制尚未具体阐明。本研究目的是探讨缺血前的运动训练作为缺血预处理的手段是否可以通过影响ERK1/2以及NR2B和mGluR5从而起到神经保护作用。
　　方法：将36只SD大鼠随机分为3组：假手术静止对照组，缺血前运动组，缺血前非运动组。各组大鼠在3周后，进行大脑中动脉梗塞(middle cerebral artery occlusion，MCAO)/再灌注(reperfusion，R)手术，假手术静止对照组仅接受手术过程而并不堵塞血管。基于前人研究的结果，本课题分别选取了不同的取材部位以及取材时间点来分别检测谷氨酸受体的mRNA的水平和ERK1/2的蛋白表达水平。在缺血后80分钟，每组6只大鼠，取其纹状体部分采用实时定量PCR技术来检测GluR5和NR2B的mRNA表达水平；在缺血再灌注后48小时。每组6只大鼠，取其缺血脑组织周围的皮层部分采用western blot技术来检测总的ERK1/2以及磷酸化的ERK1/2的蛋白表达水平。
　　结果：在缺血后80分钟，缺血前运动组分别与缺血前非运动组以及假手术静止对照组相比，mGluR5和NR2B的mRNA表达水平均明显较低(P<0.05)；缺血前非运动组以及假手术静止对照组相比，两组间GluR5的mRNA表达水平并无明显差异，而缺血前非运动组的NR2B的mRNA表达水平均明显较高(P<0.05)。三组之间总的ERK1/2的蛋白表达水平并无明显差异。缺血前非运动组与假手术静止对照组相比，前者磷酸化的ERK1/2的蛋白表达水平明显升高(P<0.05)；缺血前运动组与缺血前非运动组相比，前者磷酸化的ERK1/2的蛋白表达水平明显较低(P<0.05)；缺血前运动组与假手术静止对照组相比，前者磷酸化的ERK1/2的蛋白表达水平较高(P<0.05)。
　　结论：本研究的结果表明，缺血前运动训练可以降低大鼠脑缺血再灌注后纹状体的谷氨酸受体GluR5和NR2B的mRNA表达水平，并且能够有效减少磷酸化的ERK1/2的蛋白表达水平，从而诱发脑缺血耐受，减轻脑缺血再灌注损伤。