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背景及目的:脊髓损伤(Spinal cord injury,SCI)是一种及其严重的神经系统性损伤,会引发一系列病理生理性反应,包括缺血缺氧、脂质过氧化、神经元细胞凋亡等。目前很多实验研究显示内质网通路诱导的细胞凋亡,可以激活未折叠蛋白反应等信号途径,在细胞生长、分化及凋亡中起到非常重要的作用。尽管早期的未折叠蛋白反应可以保护细胞免受错误折叠蛋白的毒害,但是过度及持续的激活将会导致细胞死亡。神经生长因子(Nerve growth factor,NGF)作为一种神经营养因子具有促进神经元生长及保护神经元的作用。我们研究结果发现NGF可以促进大鼠脊髓损伤,进一步研究NGF的作用机制发现: (1) NGF可以抑制脊髓损伤引起的内质网应激的上调,减少急性损伤引起的神经元凋亡,从而改善大鼠脊髓损伤,提高行为学能力。 (2) NGF抑制脊髓损伤引起的内质网应激是通过激活PI3K/Akt和ERK1/2这两个信号通路介导的。 方法及结果: (1)采用挤压型方法来制作SD大鼠急性脊髓损伤动物模型,即用动脉血管夹(30g,2min)压迫脊髓T8~10段造成中度脊髓损伤模型。36只雌性SD大鼠,随机分为假手术组、模型组与NGF给药组,按照不同时间点又分为1d,3d,7d,14d四组,采用BBB行为学评分、斜板实验及脚步印迹法对其后肢运动功能进行评价。发现给予NGF组各个时间点的BBB评分、斜板角度及脚步印迹均优于模型组,说明NGF能改善大鼠脊髓损伤后造成的行动能力的下降。随后于相应点处死大鼠,收集脊髓损伤节段作为组织标本分别用于石蜡包埋切片HE染色、尼氏染色、免疫组织化学、免疫荧光、Western blot以及其他指标的检测。采用HE染色法观察损伤脊髓细胞形态变化,结果发现NGF可以减少大鼠脊髓损伤造成的组织出血、核固缩等损伤。用TUNEL法检测细胞凋亡同样发现脊髓损伤组神经元凋亡严重,而给予NGF组神经元凋亡减少。用免疫组化法以及Western blot法来检测脊髓组织中GRP78、CHOP/GADD153、Caspase12的表达,结果也进一步证实了NGF对内质网应激相关蛋白的抑制作用。在体外实验中,我们用TG诱导PC12细胞模拟体内内质网应激模型,用流式细胞仪检测细胞凋亡率,用免疫荧光法以及Western blot法检测细胞蛋白的表达水平,发现TG作用后细胞凋亡率上升,内质网应激相关蛋白CHOP,GRP78,Caspase-12上调,而给予NGF组,内质网应激蛋白表达及细胞凋亡率均下降。 (2)在发现NGF对脊髓损伤具有修复作用,对内质网应激具有抑制作用的基础上,为了进一步探索NGF是如何抑制内质网应激而达到抑制神经元细胞凋亡的作用的。我们结合一些文献报道,PI3K/Akt和ERK1/2这两个通路参与内质网应激,结合本课题实验,我们发现脊髓损伤后PI3K/Akt和ERK1/2这两个通路先被激活后被抑制。而在给予NGF的SCI的动物脊髓组织标本中发现PI3K/Akt和ERK1/2这两个通路始终处于激活状态,从而达到持续抑制内质网应激的作用。这一结果在体外PC12细胞上得到了验证。因此,我们引入了LY294002(PI3K/Akt抑制剂)和PD98059(ERK1/2抑制剂)来进一步证实NGF对PI3K/Akt和ERK1/2这两个通路的上调作用。结果显示当分别阻断这两个通路时,NGF对内质网应激相关蛋白的抑制作用都被部分抑制了。流式结果也显示,当加入抑制剂后NGF对TG造成的PC12细胞凋亡保护作用降低。 结论:NGF通过激活PI3K/Akt和ERK1/2两个内质网应激信号通路来抑制内质网应激相关蛋白GRP78、CHOP/GADD153、Caspase-12的表达,从而抑制细胞凋亡,促进大鼠脊髓损伤行为能力的恢复,达到对脊髓损伤的保护作用。