SDF-1α在颅脑创伤后促进血管新生的作用

摘要

背景：
　　颅脑创伤(Traumatic brain injury，TBI)是已成为全世界的一个公共卫生问题。全世界每年有大约1000万患者因颅脑创伤住院或死亡，大约有5700万人因1次或更多次的颅脑创伤住过院[1]。虽然对颅脑创伤后的病理生理机制的研究有了很大的进展，对颅脑创伤后治疗的动物学实验也取得了可喜的成果，但目前仍缺乏临床上有效地治疗颅脑创伤的策略。以往的研究较多的关注颅脑创伤后的神经再生，对创伤后血管新生的关注较少。但颅脑创伤后的血管新生与神经新生二者相辅相成，互相促进和制约。血管和神经作为一个整体-“血管神经单元”越来越受到神经科学研究人员的关注，促进创伤后组织血管的新生成为颅脑创伤治疗的一个新的方向。
　　目的：
　　研究颅脑创伤后外源性给予重组人基质细胞衍生因子-1α(rhSDF-1α)对创伤脑组织局部CD34、CXCR4基因和蛋白质表达以及血管新生的影响。
　　研究颅脑创伤后通过给予SDF-1α中和性抗体拮抗SDF-1/CXCR4轴对创伤脑组织局部CD34、CXCR4基因和蛋白质表达以及血管新生的影响。
　　通过对rhSDF-1α和SDF-1α中和性抗体干预后大鼠神经功能恢复的评估研究血管新生和神经功能恢复之间的相关性。
　　方法：
　　健康青年Wistar大鼠用液压打击仪成功制备颅脑创伤大鼠模型后，将颅脑创伤大鼠随机分为rhSDF-1α干预组、SDF-1α中和抗体干预组、生理盐水对照组。创伤后30分钟，rhSDF-1α干预组大鼠接受立体定向脑组织局部注射rhSDF-1α4μg/4μl，SDF-1α中和抗体干预组大鼠接受立体定向脑组织局部注射SDF-1α中和性抗体4μg/4μl，对照组大鼠接受立体定向脑组织局部注射生理盐水4μl。
　　分别在创伤前、创伤后1、3、7、14、21天用改良神经功能评分(mNSS)对大鼠进行神经功能评分，创伤后14天开始用Morris水迷宫对大鼠进行空间学习记忆能力进行评估。
　　取3个干预组动物创伤后14天的脑组织用组织学染色方法评估创伤脑组织CD34+的微血管密度和CD34/CXCR4双阳性的微血管的数量以了解SDF-1/CXCR4轴在血管新生过程中的作用，用qRT-PCR和Western-blot检测创伤脑组织局部的CD34和CXCR4 mRNA和蛋白质的表达以进一步明确SDF-1/CXCR4轴在血管新生过程中的作用并分析大鼠神经功能改善与创伤脑组织血管新生的相关性。
　　结果：
　　流式细胞仪分析结果显示不同干预对大鼠脑创伤后外周血CD34+干祖细胞数量无明显影响。
　　组织学染色发现rhSDF-1α干预组大鼠损伤脑组织局部的微血管密度(MVD)和CD34/CXCR4双阳性微血管的数目较生理盐水对照组显著增加，结果有统计学差异(P<0.05)。与之相反，SDF-1α中和抗体干预组大鼠损伤脑组织局部MVD和CD34/CXCR4双阳性微血管的数目较生理盐水对照组减少(P<0.05)。
　　qRT-PCR和Western blot结果显示rhSDF-1α仅干预大鼠损伤脑组织局部CD34和CXCR4 mRNA和蛋白质的表达较生理盐水对照组增加，而SDF-1α中和抗体干预大鼠脑组织局部CD34和CXCR4 mRNA和蛋白质的表达较生理盐水对照组显著降低(P<0.05)。
　　mNSS评分显示伤前大鼠的mNSS均较低，3组动物的评分无统计学差异。损伤后1天，3组动物的mNSS均较高，说明液压打击导致了大鼠神经功能障碍，在后续的实验时间内，3组大鼠的mNSS评分均呈逐渐降低趋势，提示大鼠脑创伤后有一个神经功能恢复过程。在治疗后的14天和21天，rhSDF-1α干预组的大鼠的神经功能恢复明显优于SDF-1α中和性抗体处理组(P<0.01)和生理盐水对照组(P<0.05)。SDF-1α仅中和性抗体治疗组大鼠的mNSS在液压打击后的1-14天与生理盐水干预组相比无明显差异(P>0.05)，但是在打击后21天，其mNSS评分高于生理盐水对照组(P<0.05)。Spearman秩相关分析发现TBI后14天微血管密度的增加与mNSS呈负相关。
　　Morris水迷宫试验显示在试验的开始阶段，三组大鼠的潜伏期均较长，但是在后续的空间记忆能力试验中，潜伏期较前明显变短(P<0.001)。这提示通过试验建立了大鼠的空间记忆。SDF-1α中和抗体干预组动物的潜伏期长于生理盐水对照组大鼠，差异具有统计学意义(P<0.05)。rhSDF-1α干预组大鼠的潜伏期短于生理盐水对照组大鼠，差异具有统计学意义(P<0.05)。探索试验结果显示rhSDF-1α干预组大鼠在目标象限的游泳时间明显大于生理盐水对照组大鼠，差异具有统计学意义(P<0.05)。SDF-1α中和抗体干预组动物在目标象限的游泳时间与生理盐水对照组相比明显减少(P<0.05)。通过对三组动物游泳速度的统计分析发现，三组动物的游泳速度并无明显统计学差异，提示空间学习记忆能力障碍与动物的肢体功能障碍无关。
　　结论：
　　颅脑创伤后脑组织局部给予rhSDF-1α可以通过SDF-1/CXCR4轴促进CD34+细胞向损伤部位的迁移，提高局部CD34、CXCR4的表达，促进损伤脑组织的血管新生，改善神经功能。
　　应用SDF-1α中和性抗体拮抗SDF-1/CXCR4轴，则减弱了CD34+细胞向损伤部位的迁移，降低了局部CD34、CXCR4的表达，抑制了损伤脑组织的血管新生，使神经功能恶化。
　　SDF-1/CXCR4轴可能是颅脑创伤治疗的一个新的靶点。