脑卒中是严重危害人类生命、健康的重大公共卫生问题,据统计,在全球范围内脑卒中仍乃第二大死因,其中缺血性脑卒中(IS)于脑卒中的发病占比已上升至62.4%,而我国亦是IS患者增加最显著的国家之一
[1]。脑缺血再灌注损伤(CIRI)是导致IS病情恶化的重要原因,基于病理环节探究其作用机制,并寻求更为有效的治疗方法将具有重要的临床价值。
眼针是由彭静山教授首创的微针疗法,具有取穴少,起效快等特点,临床应用能够明显的提高IS患者的临床疗效,本人通过数据挖掘发现,眼针临床应用文献中,中风相关文献占比高达47.02%,且总有效率能达到90%以上
[2]。脑缺血后血流的再灌注可引发多种分子级联反应,加剧脑损伤,而CIRI最直接的原因是脑内血液循环的急剧减少,导致氧和能量供给不足,因此,如何快速有效的建立侧枝循环,挽救缺血半暗带区域濒死的神经元将至关重要,侧枝循环的快速建立可以减少脑梗死体积,与IS的临床预后密切相关
[3]。脑梗死发生后,及时促进新生血管的形成是改善侧枝支循环的关键途径之一,血管新生属于三级侧枝循环的一种,是IS神经功能修复的重要基础,被认为是现代医学研究卒中治疗的新型靶标之一
[4]。血管内皮生长因子(VEGF)是一种促进血管内皮细胞生长的高度特异性的有丝分裂原,在IS血管新生中发挥关键作用,能够促进血管内皮细胞的增值、迁移和分化,引导缺血区域的血管新生
[5]。低氧诱导因子-1α(HIF-1α)是缺氧条件下广泛存在于脑组织中的一种转录因子,能够快速的应答缺氧应激,并可直接作用于VEGF,促进血管新生
[6]。有研究显示,针刺能够促进VEGF的表达,凭借促进缺血半暗带区血管新生,降低CIRI模型大鼠脑梗死体积,改善神经功能损伤
[7]。而相关研究亦表明,针刺干预能凭借HIF-1α/VEGF-A信号轴促进血管新生,通过建立三级侧枝循环的方式改善CIRI
[8];上调METTL3介导的m
6A甲基化修饰,能够促进由VEGF-A介导的血管新生
[9-11]。
本团队前期亦发现,眼针能够促进CIRI模型大鼠皮层脑组织缺血半暗带区域血管新生,但是否与上调HIF-1α/VEGF-A信号轴及m6A甲基化修饰程度有关,还不得而知,因此,本研究通过眼针治疗后,观察CIRI模型大鼠神经功能改善,及缺血侧脑皮层组织血管新生的情况,并检测m6A甲基化修饰水平,拟基于METTL3介导的m6A甲基化修饰,上调HIF-1α/VEGF-A信号轴,促血管新生的角度,探究眼针改善CIRI模型大鼠神经功能缺损的作用机制,为眼针治疗IS的临床应用提供基础实验依据。
1 材料和方法
1.1 实验动物及分组
成年健康雄性SD大鼠50只,购于锦州医科大学动物实验中心(SPF级,许可证编号: SCXK[辽]2017-0003),体质量260±20 g,适应性饲养1周,室温20±2 ℃,相对湿度约45%,12 h昼夜交替。随机分为空白组(blank)、假手术组(sham)、模型组(model)、眼针组(eye acupuncture)及激动剂组(agonist),n=10。遵照《关于善待实验动物的指导性意见》相关内容使用动物及伦理学规定并通过锦州医科大学伦理审批(伦理批号:2019007)。
1.2 主要试剂与仪器
石蜡包埋机(EG1150H)、组织自动脱水机(ASP6025)、生物组织摊烤片机(HI1220),石蜡切片机(RM2235)、荧光显微镜(莱卡显微系统上海有限公司),显微镜(尼康仪器有限公司),电泳仪及发光成像系统(Bio-Rad),实时荧光定量PCR仪(ABI/7500)。TTC染色试剂盒、cDNA反转录试剂盒、2X SYBR Green qPCR Master Mix(bimake)、m6A RNA Methylation Assay试剂盒(ELISA)、SDS-PAGE凝胶快速制备试剂盒、BCA蛋白质定量及超敏ECL试剂盒(武汉博士德生物工程有限公司),EDU免疫荧光试剂盒(碧云天),DMOG(Merck),β-actin抗体、HRP标记山羊抗兔IgG(H+L)、METTL3抗体、HIF-1α和VEGF-A抗体(万类生物),CD31抗体(abcam),二甲苯、无水乙醇、甲酚紫(索莱宝科技有限公司),冰醋酸(西亚试剂)。
1.3 模型制备方法
采用改良线栓法制备CIRI模型
[12],术前禁食不禁水12 h,将大鼠经腹腔麻醉后固定于自制手术台,取颈部正中线向右旁开0.5 cm处,切2 cm左右的纵向切口,分离右侧颈总、颈内动脉,在颈外动脉远心端结扎并电凝,将其向下牵拉,使其约和颈内动脉成一条直线,并在远心端,使用眼科剪将颈内动脉剪一“V”型口,将打磨好的鱼线,由颈外动脉插入颈内动脉约2 cm,结扎,2 h后将鱼线拔出,模拟血流再灌注,随后缝合伤口。清醒后行Longa评分
[13],将1~3分的大鼠纳入实验,随机补充。假手术组术式同上,但鱼线仅插入1cm,不引起实质性栓塞。
1.4 干预方法
正常组:模型制作前连续7 d腹腔注射与激动剂组等剂量PBS溶液,与模型组平行,只做鼠板固定,不做干预。假手术组:模型制作前连续7 d腹腔注射与激动剂组等剂量PBS溶液,与模型组平行,术后只做固定,不做其他干预。模型组:模型制作前连续7 d腹腔注射与激动剂组等剂量PBS溶液,与眼针组平行,造模成功后,只做固定,不做其他干预。眼针组:模型制作前连续7 d腹腔注射PBS溶液,40 mg/kg,造模成功后,参照人体取穴方法定位
[14],取双侧上焦、下焦、肝区和肾区,平刺,进针约2~3 mm,透过真皮,留针30 min,不行针。12 h/次针刺,于72 h行末次治疗后观察。激动剂组:模型制作前连续7 d腹腔注射HIF-1α激动剂DMOG,40 mg/kg,其余操作同模型组。
1.5 观察指标及检测方法
1.5.1 神经功能评分
参照Longa、Bederson
[13,15]两种神经功能评价方法,评估大鼠神经功能缺损情况,评分越高损伤越严重(表
1、
2)。
1.5.2 TTC染色
随机抽取大鼠,剥离完整脑组织放入-20 ℃冷冻20 min,自额叶由前向后,将脑组织作冠状切片,切取5等份,放入备好的TTC染色液,于37 ℃孵育箱避光孵育30 min,再用10%甲醛溶液固定10 min,最后于黑色背景按顺序摆拍;染色后脑组织呈鲜红,梗死区域呈白色。
1.5.3 尼氏体染色
随机抽取大鼠,剥离完整脑组织置于4%多聚甲醛中固定,脱水、石蜡包埋、切片,1%焦油紫染色1 h。清洗,分色,脱水透明封片,并拍照观察和计数;染色后尼氏体呈紫色,细胞核呈淡紫色。
1.5.4 CD31和EDU免疫荧光双标法检测血管新生
随机抽取大鼠,取材前2 d每12 h腹腔注射1次EDU溶液(5 mg/kg),剥离完整脑组织后置于4%多聚甲醛中固定,组织脱水,石蜡包埋后切片,脱蜡至水,抗原修复,采用5% BSA对特异性抗原封闭进行封闭,滴加一抗(1∶300)过夜,之后再加入带荧光的二抗(1∶400)进行染色,均采用DAPI染色,最后以含抗荧光淬灭剂的封片液进行封片,于显微镜下观察结果。
1.5.5 ELISA检测法检测m6A甲基化修饰
取皮层缺血半暗带区域脑组织低温匀浆,离心后取上清,提取各组总RNA,按照ELISA试剂盒说明书检测m6A甲基化修饰水平。
1.5.6 Western blotting检测METTL3、HIF-1α/VEGF-A的蛋白表达
取皮层缺血半暗带区域脑组织30 mg,置于离心管内RIPA裂解液,匀浆后置于冰上裂解1 h,超声波震荡、离心后取上清,按BCA蛋白质定量试剂盒行蛋白定量,95 ℃水浴锅煮10 min使蛋白变性,上样,配制10%的SDS-PAGE凝胶,取30 μg蛋白样品进行电泳,0.22 μm的PVDF膜进行蛋白转印,配制7%浓度脱脂奶粉室温封闭2 h,TBST洗膜3次,置入一抗(1∶500)4 ℃孵育过夜,再洗膜3次,将PVDF膜封入二抗稀释液(1∶2000),室温摇床孵育1 h,TBST洗膜3次,显影,曝光成像,并测量条带的灰度值,统计分析。
1.5.7 RT-PCR检测METTL3、HIF-1α/VEGF-A的mRNA表达
取皮层缺血半暗带区域脑组织提取总RNA,按反转录试剂盒将RNA反转录合成cDNA,进行PCR扩增,95 ℃预变性120 s;94 ℃变性20 s,57 ℃退火20 s,72 ℃延伸60 s,40个循环。采用2
-∆∆Ct法处理结果,以GAPDH为内参,计算METTL3、HIF-1α/VEGF-A的相对表达量。引物序列由通用生物(安徽)股份有限公司设计合成(
表3)。
1.6 统计学分析
采用SPSS25.0行统计分析,以均数±标准差记录统计量,组间比较采用单因素方差分析,两两比较采用LSD检验,P<0.05表示差异有统计学意义。
2 结果
2.1 大鼠神经功能缺损评分
正常组、假手术组未出现神经功能缺损表现,造模组则出现不同的神经功能缺损表现,如行走向一侧旋转、提尾左侧前肢不能伸直等。干预后,与正常组和假手术组比较,模型组大鼠Longa、Bederson评分明显升高(
P<0.05),与模型组比较,眼针和激动剂组的评分明显降低(
P<0.05);眼针与激动剂组比较,差异无统计学意义(
P>0.05,
图1)。
2.2 TTC染色结果
与正常组和假手术组比较,模型组大鼠脑梗死面积明显增多(
P<0.05),与模型组比较,眼针组和激动剂组脑梗死面积明显降低(
P<0.05);眼针与激动剂组比较,差异无统计学意义(
P>0.05,
图2)。
2.3 尼氏体染色结果
与正常组和假手术组比较,模型组尼氏体数量明显减少(
P<0.05),与模型组比较,眼针组和激动剂组的尼氏体数量明显增多(
P<0.05),正常组与假手术组,眼针与激动剂组比较,差异无统计学意义(
P>0.05,
图3)。
2.4 CD31和EDU免疫荧光双标法检测脑皮层组织血管新生
与正常组和假手术组比较,模型组荧光双标的阳性表达明显增多,与模型组比较,眼针和激动剂组荧光双标阳性表达明显增多;正常组与假手术组,眼针与激动剂组比较,差异不明显(
图4)。
2.5 ELISA法检测大鼠脑皮层组织m6A甲基化修饰水平
与空白和假手术组比较,模型组m
6A甲基化修饰水平明显降低(
P<0.05),与模型组比较,眼针和激动剂组m
6A甲基化修饰水平明显增高(
P<0.05);空白与假手术组,眼针与激动剂组比较,差异无统计学意义(
P>0.05,
图5)。
2.6 Western blotting法检测大鼠脑皮层组织METTL3、HIF-1α/VEGF-A的蛋白表达
与空白和假手术组比较,模型组METTL3表达明显减少(
P<0.05),HIF-1α/VEGF-A的表达明显增多(
P<0.05),与模型组比较,眼针和激动剂组METTL3、HIF-1α/VEGF-A的表达明显增多(
P<0.05);空白与假手术组,眼针与激动剂组比较,差异无统计学意义(
P>0.05,
图6)。
2.7 实时荧光定量PCR检测大鼠脑皮层组织METTL3、HIF-1α/VEGF-A的mRNA表达
与空白和假手术组比较,模型组METTL3的mRNA表达明显减少(
P<0.05),HIF-1α/VEGF-A的mRNA表达明显增多(
P<0.05),与模型组比较,眼针和激动剂组METTL3、HIF-1α/VEGF-A的mRNA表达明显增多(
P<0.05);空白与假手术组,眼针与激动剂组比较,差异无统计学意义(
P>0.05,
图7)。
3 讨论
我国IS发病率逐年升高,其高致残率、高病死率等特点,严重威胁人类健康,因此,基于IS病理机制及治疗的相关研究一直是领域内热点内容。有文献表明,IS发生后,机体通过建立侧支循环进行代偿,增加皮层缺血半暗带区域血液循环,以挽救濒死神经元
[16,17]。血管新生作为三级侧支循环的主要形式之一,在脑梗死病理过程中发挥关键作用,而VEGF-A能够特异性的作用于血管内皮细胞,促进其分裂、增殖,并迁移,产生新的血管
[18]。已有文献报道显示,针刺能够通过上调VEGF-A的表达,促进血管新生,改善脑损伤
[19,20]。HIF-1α是缺氧反应的主要调节器,缺氧时,HIF-1α入核与HIF-1β结合形成HIF-1,激活靶基因,产生缺氧适应性反应,有文献表明,HIF-1α可以直接激活VEGF-A的表达,凭借HIF-1α/VEGF-A途径促进内皮细胞的增殖分化,诱导血管新生,改善脑损伤
[21,22]。本研究结果显示,CIRI模型组大鼠,表现出明显的神经功能损伤,随即凭借TTC染色明确了脑梗死面积,并通过尼氏体染色观察到大鼠脑组织神经元损伤严重,与此同时应用免疫荧光双染观测到缺血侧脑皮层组织的血管新生增加,这与既往研究结果一致
[23,24]。此外,本研究还检测到CIRI模型中m
6A甲基化修饰水平的改变,同时伴随HIF-1α因子表达增加,HIF-1α/VEGF-A信号轴的上调,这提示血管新生的调控可能与m
6A甲基化修饰有关。
N6-甲基腺苷(m
6A)是一种广泛存在于真核细胞RNA上的碱基修饰行为,m
6A甲基化修饰能够参与调控多种细胞分子通路,与脑卒中亦密切相关
[25,26]。METTL3是m
6A甲基转移酶的核心结构,能够将S腺苷甲硫氨酸(SAM)上的活性甲基转移至RAN上从而形成m
6A甲基化修饰
[27]。有研究表明,上调HIF-1α因子m
6A甲基化修饰水平,能够促进HIF-1α的表达,凭借VEGF-A途径介导的内皮细胞的增殖分化,增加血管新生
[9,28]。而本研究干预后的相关结果亦显示,眼针能够上调METTL3介导的m
6A甲基化修饰,同时增加HIF-1α/VEGF-A信号轴的基因和蛋白表达,并促进CIRI模型大鼠缺血侧脑皮层组织的血管新生,改善脑损伤,发挥眼针针刺的治疗作用。
眼针可凭借针刺眼周穴区治疗中风病,彭老依据古籍《灵枢》和《素问》载:“十二经脉,三百六十五络,其血气皆上于面而走空窍......”且“诸脉皆属于目”。《证治准绳·目门》1卷七:“目形类丸……皆悬贯于脑,下连脏腑,通畅血气往来以滋于目……”
[29],提出“眼-脑-脏腑”理论体系为眼针理论核心,并结合“五轮八廓学说”,划分眼针“八区十三穴”。结合中风发病多以肝、肾亏虚为本,故眼针取肝区、肾区针刺,旨在调整肝、肾功能,达疏肝补肾、益气活血之效,取治病求本之意,同时彭老亦发现,中风患者眼目上焦和下焦区的白睛络脉变化最明显,提示瘀血较重,结合中风多伴上、下肢偏瘫症状,遂施针亦选用上焦和下焦区,以通畅三焦,取活血通络以治其标,四穴共用,旨在标本兼治
[30]。此外,本研究亦设置激动剂组与眼针的治疗作用进行对照比较,结果显示,眼针能够发挥与HIF-1α激动剂相同的,以上调HIF-1α/VEGF-A信号轴、促进血管新生为主要方式的治疗作用
[31],再结合眼针既往已发表的相关论文
[32],本研究结果则进一步证实了,眼针能够通过促进血管新生,改善CIRI模型大鼠的神经功能损伤。
综上所述,本研究认为眼针可能是通过上调METTL3介导的HIF-1α因子m6A甲基化修饰,增加HIF-1α/VEGF-A信号轴的表达,从而促进血管新生,改善CIRI模型大鼠神经功能损伤。因针刺效应具有多水平、多靶点等特性,我们推测眼针还可能通过更多的调控机制来改善CIRI神经功能损伤,后续将开展更加深入地研究。