缺血性卒中大鼠经消栓肠溶胶囊与丰富环境联合治疗后轴突重塑的MRI评估

MRI Evaluation of Axonal Remodeling After Combination Treatment With Xiaoshuan Enteric-Coated Capsule and Enriched Environment in Rats After Ischemic Stroke.

作者信息Man-Zhong Li, Yu Zhan, Le Yang, Xue-Feng Feng, Hai-Yan Zou, Jian-Feng Lei, Ting Zhao, Lei Wang, Hui Zhao
PMID31920724
发布时间2019-12-10
DOI10.3389/fphys.2019.01528

实验完整度

包含MRI(T2WI、DTI、DTT)和组学分析、组织学(LFB、免疫荧光)及western blot/qRT-PCR等多个独立证据层级,并有行为学验证(MWM),且含功能验证和机制验证。

主要模型

永久性大脑中动脉闭塞(pMCAO)大鼠模型 Sprague-Dawley大鼠

重点核对

pMCAO模型:4-0单丝尼龙线栓插入,永久闭塞大脑中动脉 给药:XSEC(140 mg/kg,灌胃)或生理盐水,每日一次,持续30天,从MCAO后24小时开始 环境:EE组每日20:00至次日8:00置于丰富环境,持续30天 MRI参数:T2WI、DTI(FA、AD、RD)和DTT在模型后第31天采集,ROI包括皮层、纹状体和外囊 行为学:MWM空间获取、探针试验和平台切换试验,样本量每组9-11只

摘要

消栓肠溶胶囊(XSEC)是一种广泛用于治疗缺血性卒中的复方中药。丰富环境(EE)是一种旨在促进脑损伤后身体、认知和社交活动的康复干预措施。本研究旨在利用磁共振成像(MRI)并继以组织学分析,评估XSEC与EE联合治疗与单一治疗相比,是否能在缺血性卒中后对轴突重塑产生协同效应。对大鼠进行永久性大脑中动脉闭塞,并单独或联合给予XSEC和EE治疗30天。采用T2加权成像和弥散张量成像(DTI)分别检查梗死体积和轴突重塑。通过免疫荧光染色检测Ki67与NG2或CNPase的共定位以评估少突胶质细胞发生。采用western blot和qRT-PCR检测生长相关蛋白-43(GAP-43)和生长抑制因子NogoA/Nogo受体(NgR)/RhoA/Rho相关激酶2(ROCK2)的表达。采用Morris水迷宫(MWM)评估认知功能。MRI和组织学测量表明,XSEC和EE单独均有益于卒中后的轴突重组。值得注意的是,与XSEC或EE单一治疗相比,XSEC+EE减少了梗死体积,并与载体组相比增加了同侧残余体积。DTI显示,XSEC+EE在受损皮层、纹状体和外囊中显著增加了各向异性分数,同时减少了轴向扩散率和径向扩散率。同时,弥散张量纤维束成像显示,与单一治疗相比,XSEC+EE提高了皮层和外囊的纤维密度,并增加了纹状体和外囊的纤维长度。这些MRI测量结果经组织学证实,表明XSEC+EE促进了轴突恢复。此外,XSEC+EE增强了少突胶质细胞发生,降低了梗死周围组织中NogoA/NgR/RhoA/ROCK2的表达,并增加了GAP-43的表达。与这些发现并行的是,XSEC+EE治疗的大鼠在MWM测试中表现出比XSEC或EE单一治疗更高的认知恢复。综上所述,我们的数据表明,XSEC+EE通过促进少突胶质细胞发生和克服内在的生长抑制信号,对减轻萎缩和促进轴突重组发挥协同作用,从而促进更高的认知恢复。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
XSEC和EE联合治疗是否比单一治疗在缺血性卒中后轴突重塑方面具有协同作用?
核心机制
XSEC+EE联合治疗通过促进内源性少突胶质细胞发生、增加髓鞘化轴突,并下调NogoA/NgR/RhoA/ROCK2信号通路,从而克服内在的轴突生长抑制,促进轴突重组。
主要证据
MRI(T2WI、DTI、DTT)显示XSEC+EE减少梗死体积,增加FA,降低AD/RD,提高纤维密度和长度;组织学(LFB、免疫荧光)证实髓鞘轴突保留和少突胶质细胞增殖/成熟增加;western blot/qRT-PCR显示GAP-43上调,NogoA/NgR/RhoA/ROCK2下调;MWM显示认知功能改善。
研究意义
研究表明XSEC+EE联合治疗在缺血性卒中后通过促进脑重塑和改善认知结局方面具有协同效应,为未来使用多因素联合治疗刺激脑重塑过程提供了依据。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立永久性MCAO模型及分组治疗

建立缺血性卒中模型,并评估XSEC和EE单独或联合治疗的效果。

成年雄性SD大鼠行永久性MCAO手术,分为sham、vehicle、EE、XSEC、XSEC+EE组。术后24小时开始,XSEC组灌胃XSEC(140 mg/kg),EE组置于丰富环境,持续30天。

2

MRI评估梗死体积和轴突微结构

非侵入性评估XSEC和EE单用或联用对脑萎缩和轴突微结构的影响。

MCAO后第31天进行T2WI和DTI扫描,测量梗死体积、残余体积、FA、AD、RD,并在皮层、纹状体和外囊设置ROI。

3

弥散张量纤维束成像评估轴突完整性

评估联合治疗对神经纤维完整性和连通性的影响。

利用3D Slicer进行DTT,计算双侧皮层、纹状体和外囊的平均纤维长度和密度。

4

组织学评估髓鞘轴突和少突胶质细胞发生

验证MRI发现,并通过组织学方法评估髓鞘轴突保留和少突胶质细胞增殖、成熟。

灌注固定后,进行LFB染色评估髓鞘轴突,Ki67/NG2双标免疫荧光检测OPC增殖,Ki67/CNPase双标检测新生成熟少突胶质细胞,并定量分析。

5

分子表达检测

检测轴突生长相关蛋白和抑制性分子的表达变化,探讨机制。

提取梗死周围组织,用western blot和qRT-PCR检测GAP-43、NG2、CNPase、NogoA、NgR、RhoA、ROCK2的蛋白和mRNA水平。

6

行为学评估

评估联合治疗对空间学习和记忆功能的影响。

进行Morris水迷宫测试,包括空间获取试验、探针试验和平台切换试验。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
7.0T小动物MRI扫描仪BrukerPharmaScan
Paravision 5.1软件Bruker--
3D Slicer软件----
消栓肠溶胶囊Sanmenxia Sinoway Pharmaceutical Co., Ltd.批号20170706
异氟烷----
4-0单丝尼龙缝合线Beijing Sunbio Biotech, Co., Ltd.--
固蓝----
抗Ki67抗体Abcamab15580
抗NG2抗体Abcamab50009
抗CNPase抗体Abcamab6319
Alexa Fluor 488和594二抗----
NIS-Elements Basic Research图像采集与分析系统Nikon--
RNA提取试剂盒(组织)TiangenDP431
FastQuant逆转录试剂盒TiangenKR106
SuperReal PreMix Plus预混液TiangenFP205
CFX Connect实时荧光定量PCR检测系统Bio-Rad--
RIPA裂解液Applygen--
PVDF膜Millipore--
抗GAP-43抗体Epitomics#2259-1
抗NogoA抗体Abcamab62024
抗NgR抗体Abcamab26291
抗RhoA抗体Abcamab68826
抗ROCK2抗体Abcamab125025
抗GAPDH抗体NeobioscienceNBL01c
山羊抗兔IgG二抗CWBIOCW0103S
山羊抗小鼠IgG二抗CWBIOCW0102S
增强化学发光试剂盒Aspen Biotechnology--
Morris水迷宫视频跟踪系统JLBehv-MWMG, Jiliang Software Technology, Co., Ltd.--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型
永久性MCAO手术细节:线栓规格、插入深度、麻醉气体(异氟烷5%诱导/2%维持)、术后排除标准
阅读提示:Materials and Methods: 动物和实验设计
药物和环境干预
XSEC剂量(140 mg/kg)、给药途径(灌胃)、时间(每日一次,从术后24小时开始,持续30天);EE暴露时间(每日20:00至次日8:00)及EE设施细节
阅读提示:Materials and Methods: 准备XSEC、住房条件、动物和实验设计
MRI采集
扫描时间点(MCAO后第31天)、7.0T MRI参数、T2WI和DTI序列设置、ROI定位(皮层、纹状体、外囊)
阅读提示:Materials and Methods: 体内MRI和DTI分析
组织学分析
灌注固定方法(0.9%盐水+4%多聚甲醛)、脑片位置(bregma -0.4至0.4 mm)、切片厚度(5 μm)、LFB染色步骤、免疫荧光抗体浓度(Ki67 1:100, NG2 1:200, CNPase 1:300)、定量区域(梗死周围皮层和纹状体)
阅读提示:Materials and Methods: 组织处理、组织学评估
分子检测
蛋白上样量(21 μg)、抗体稀释比例(GAP-43 1:5000, NogoA 1:5000, NgR 1:5000, RhoA 1:20000, ROCK2 1:40000, GAPDH 1:40000)、qRT-PCR引物序列和反应条件
阅读提示:Materials and Methods: qRT-PCR分析、Western blot分析
行为学
MWM测试时间(术后31-36天)、水温(18-20°C)、平台位置和大小(直径15 cm)、空间获取试验参数(每天4次,持续4天,每次60秒)、探针试验(30秒)、平台切换试验参数
阅读提示:Materials and Methods: 行为研究