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无神经节细胞动物模型的建立及鉴定

更新时间:2009-03-28

先天性巨结肠(Hirschsprung disease,HD),亦称肠无神经节细胞症(aganglionosis),是小儿较为常见的一种先天性消化道畸形,其发病机制为病变肠管神经节的完全缺如或减少,可能与肠神经嵴干细胞(enteric neural crest stem cells ,ENCSCs)迁移、增殖、分化的异常有关。目前国内外学者已从鼠、人体成功分离并培育出 ENCSCs[1-5],但这种细胞是否适合移植治疗HD尚处于实验阶段,这就需要我们寻找一种操作简单、移植后容易观察和研究的动物模型。所以,本实验通过苯扎氯胺(BAC)处理新生大鼠直肠,建立无神经节细胞性巨结肠动物模型,为ENCSCs移植治疗巨结肠病建立可用的动物模型。

材料与方法

一、无神经节细胞动物模型的建立

选用第三军医大学大坪医院医学实验动物中心提供的产后1周龄SD大鼠乳鼠16窝,每窝按体重排序编号,用随机数字表法将每窝乳鼠分为两组:BAC直肠灌注组,生理盐水灌注组,每组各64只。产后1周后,采用自制的灌注针头连接微量注射器,插入乳鼠直肠内,每5 min推注1%的BAC(德国 Sigma-Aldrich 公司)0.05 mL,持续30 min,对照组更换1%的BAC为等量的生理盐水。

二、观察实验大鼠的生活习性改变及直肠大体形态的改变

取处理后的16窝乳鼠分别于2、4、6、8周随机取4窝,分别记录各组大鼠的饮食、活动、腹部情况及排便情况,采用颈椎脱臼法处死后解剖取材,拍照记录直肠的大体形态变化。

三、HE观察并计数神经节细胞数量

将实验大鼠直肠完整取出后,4%甲醛固定一夜,行石蜡包埋、切片,行苏木素/伊红(HE)染色,之后每张切片随即挑取6个视野计数神经节细胞数量并记录。

四、HuD蛋白免疫荧光(IF)观察肠神经节细胞

石蜡切片进行脱蜡、梯度酒精处理后,行微波抗原修复,10%正常山羊血清封闭,滴加小鼠抗鼠HuD一抗1∶50(美国Santa Cruz公司),4℃冰箱孵育过夜、复温,滴加FITC标记的山羊抗小鼠二抗1 ∶25(美国 Proteintech Group公司),37℃下避光孵育1 h,滴加 0.1%的 DAPI溶液,室温孵育 2~3 min,每步之间用PBS冲洗3 min,重复 3次,最后用抗荧光淬灭封片剂(上海碧云天生物技术有限公司)封片,待自然干燥后用荧光显微镜观察并拍照。

五、qRT-PCR检测直肠 GDNF、nNOSmRNA的表达

术后2周、4周,实验组与对照组直肠均可见肌间及黏膜下神经丛,神经节细胞体积较大,胞核色浅呈圆形,核仁明显,大小、形状无明显区别,2周、4周实验组与对照组神经节数量比较无明显差别(P>0.05);术后6周,实验组可见肌间神经节稀疏变细,神经节细胞体积变小,核固缩,神经节数量为3,而对照组为6,差异有统计学意义(z= -5.82,P <0.01);至术后8周,实验组肌间、黏膜下神经丛完全消失,镜下未见明显神经节结构,见图2。

六、统计学处理

共处理16窝乳鼠128只,BAC实验组与生理盐水对照组分别64只,其中BAC实验组中1只因术中麻醉过量死亡,余均存活,生理盐水对照组无死亡。术后实验组与对照组大鼠均有不同程度的腹泻,以术后48 h内最明显,1周后,腹泻逐渐消失,至2周时,已无腹泻症状;术后6周时,实验组大鼠出现轻微腹胀,排便减少;术后8周,实验组大鼠腹胀加重,食欲下降,排便进一步减少,出现精神萎靡,对照组无上述表现。术后2周、4周实验组大鼠直肠无明显狭窄,肠管无明显扩张,与对照组比较无明显变化;术后6周实验组大鼠可见直肠较对照组稍狭窄,粪便通过障碍,而近端肠管尚无明显扩张改变;术后8周可见实验组大鼠结肠较对照组明显积气扩张,直肠狭窄明显,粪便通过狭窄段困难,近端肠管明显积气扩张,对照组无明显异常变化,见图1。

八是要学习和实践马克思主义关于世界历史的思想。学习这一思想的现实意义在于增强积极开展大国外交、积极参与全球治理的自觉性,增强对马克思主义世界历史理论的自信。

结 果

一、术后大鼠的存活情况及直肠形态学变化

运用SPSS19.0统计软件进行统计学分析,服从正态分布的计量资料以(x±s)表示,采用两独立样本资料t检验;不服从正态分布的计量资料以中位数(M)和四分卫间距(IQR)表示,采用两独立样本秩和检验。检验水准为α=0.05,以P<0.05为差异有统计学意义。

2、4、6、8 周实验组与对照组 GDNF mRNA 和nNOS mRNA的表达量见表1。术后第6周和第8周实验组GDNF mRNA的表达与对照组存在差异,经统计学分析差异有意义(P<0.001);术后第6周和第8周nNOS mRNA的表达实验组与对照组存在差异,经统计学分析差异有意义(P<0.001)。

  

图1 术后2、4、6、8周对照组与实验组处理段直肠。A为2周实验组;B为2周对照组;C为4周实验组;D为4周对照组;E为6周对照组;F为6周对照组;G为8周对照组;H为8周对照组。Fig.1 Rectums of control and experimental groups at Weeks 2,4,6 & 8 post-operation

二、HE染色观察神经节细胞

参照试剂盒说明书进行操作(TaKaRa公司RNAiso Reagent),提取总 RNA,用 NanodroP1000 核酸蛋白测量仪检测RNA的纯度,确保提取的RNA在A260/A280吸光度比值在1.8~2.1之间,之后参照试剂盒说明书(TaKaRa公司 Prime ScriPt RT reagent Kit)进行逆转录反应,取逆转录得到的cDNA行 qRT-PCR,反应体系为25 μL,反应条件为预变性95℃ 30 s,PCR 反应 95℃ 5 s,60℃ 30 s,循环40次,测溶解曲线50℃ ~95℃ 30 s,循环81次,得到的数据采用2-△△ct法进行统计学分析。

  

图2 术后2、4、6、8周实验组及对照组HE染色结果(HE×200)。A为对照组组;B为术后2周实验组;C为术后4周实验组;D为术后6周实验组;E为术后8周实验组Fig.2 HE stain of rectums in control and experimental group at Weeks 2,4,6 & 8 post-operation (HE, ×200)

三、HuD蛋白免疫荧光(IF)染色观察肠神经节细胞

HuD蛋白是一种RNA结合蛋白,可以清晰的显示出肠道肌间神经丛的神经节细胞,它与其他标记物不同,HuD多在核内表达,胞质基本无表达,神经纤维基本不着色,因此在行免疫荧光染色时,可以有效地分辨出神经元的数量、大小,排除了神经纤维的干扰[11]。本研究显示6周时实验组HuD的肌间神经丛变小、形态各异,至8周时已无法看到HuD表达。可以看出,直肠灌注BAC可以导致大鼠直肠神经节细胞完全缺如,达到与临床上HD相似的效果。

四、qRT-PCR检测GDNF、nNOS的表达

切片时长的大小对预测结果有很大的影响.本次实验进行了两轮,预测结果均为单节点对间的链路状态,第一轮实验验证切片时长获取方法的合理性,设定不同的切片时长T1、T2、T3与式(1)计算所得的最优时长TR进行对比,这四种时长分别为180s、240s、480s和320s.第二轮实验则与文献[21]中切片效果作对比,TS1、TS2、TS3均为该文献中使用的切片时长,分别为300s、600s和1800s,实验结果如图10、11所示.

Of the overweight outpatients, the rate of undernutrition was 2%, while it was 8.9% in overweight inpatients. The rate of overweight outpatients at risk of malnutrition was 28.3%, but this rate reached 33.3% in those hospitalized.

  

图3 灌注后实验组及对照组HuD免疫荧光化学染色结果(IF×200)。A为对照组;B为术后2周实验组;C为术后4周实验组;D为术后6周实验组;E为术后8周实验组Fig.3 Immunofluorescent stain of HuD protein in rectums of control and experimental groups post-injection (IF, ×200)

 

表1 实验组和对照组GDNF和nNOS mRNA的表达(x ± s)Table 1 Expressions of GDNF and nNOS mRNA in experimental and control groups(x ± s)

  

变量实验组对照组t值P值G D N F第2周0.9 9 ±0.4 8 1.0 9 ±0.4 7-0.4 4 6 0.6 6 3第4周0.6 9 ±0.4 3 1.0 8 ±0.4 3-1.7 4 8 0.1 0 4第6周0.0 6 ±0.0 3 1.0 5 ±0.3 2-8.6 4 4<0.0 0 1第8周0.3 9 ±0.2 4 1.0 2 ±0.2 2-5.4 4 3<0.0 0 1 n N O S第2周0.6 9 ±0.3 1 1.0 2 ±0.4 6-1.7 2 9 0.1 0 6第4周1.4 0 ±0.9 3 1.0 8 ±0.4 4 0.8 4 7 0.4 2 1第6周0.5 4 ±0.3 3 1.1 4 ±0.5 0-2.8 4 5 0.0 1 3第8周0.3 ±0.2 4 1.0 3 ±0.2 6-4.9 2 8<0.0 0 1

讨 论

近年来,国内外学者已从胚胎和成体组织成功提取出肠神经嵴干细胞(ENCSCs),并在体外培育成神经球(NLBs),且该NBLs可分化为神经元和神经胶质细胞,这为移植替代治疗HD提供了可靠的供体[1-5]。但早期的HD移植模型多为体外培育的肠管组织和基因修饰的动物模型[6],体外培养组织移植存在局限性,而基因修饰模型虽然能造成肠道神经节的缺如,但实验动物大多因基因的缺陷出生不久后死亡,二者均较难观察成体肠管内移植后的情况[7]。 1978 年 Sato A[8]第一次报道使用 BAC 破坏肠道神经元,成功建立HD大鼠模型。此后,国内外学者也成功建立了空肠、回肠、结肠无神经节细胞症的动物模型[9,10]。但以上几种模型均需行开腹关腹手术,如需行移植实验,还需要二次手术,模型死亡率高,故本实验通过直肠灌注BAC法,避免了开腹关腹的风险,明显提高了术后存活率,且采用乳鼠作为实验对象,更加符合小儿HD的特点,这便成为了一种更加合适的移植模型。

对照组2、4、6、8 周及实验组 2、4 周,荧光显微镜下均可见肌间神经丛表达明亮的黄绿色荧光,神经节细胞胞核染色明显,胞质染色较淡或无着色,神经纤维未着色,黏膜下神经节区域染色不清,无法辨别,各组间神经丛染色无明显区别;实验组在6周后,神经丛体积变小,形态变差,神经节细胞数目减少;8周后,实验组未见到阳性黄绿色荧光表达,见图3。

GDNF是一种分泌蛋白,属于转化生长因子β超家族,通过与GDNF家族受体α1结合形成复合物,可以结合并激活跨膜受体酪氨酸激酶(RET),促进胚胎期肠ENCSCs的迁移、增殖、分化、存活而形成正常的ENS,胚胎期GDNF的缺乏将导致ENS发育缺陷,引起 HD 的发病[12,13]。 目前国内外学者在对HD患儿病变肠管GDNF表达的研究中发现患儿病变肠管的表达量较正常组均降低,这与我们的动物实验结果一致[14,15]。 值得注意的是,GDNF 在8周实验组较6周实验组明显增高,原因不明,查阅相关文献认为是GDNF在成体神经元的轴突生长、细胞存活及神经损伤再修复上起到重要的作用,BAC处理后的肠管在一段时间后,肠神经系统存在自我修复情况,但这种自我修复的机制目前尚不清楚[16-20]

nNOS是肠道合成释放抑制性神经递质NO的关键酶,当缺乏这种关键酶时,NO的合成释放将会减少,可导致在平滑肌水平缺乏一个抑制性松弛信号,使NO缺乏段肠管紧张度增加。肠道内NO由肌间神经节通过激活的nNOS合成后释放,肠管肌间神经节可以检测到nNOS的表达,先天性巨结肠患者病变段的nNOS mRNA表达是减少的甚至不表达,我们的结果也显示了nNOS mRNA在实验组的表达降低,这也进一步表明BAC处理后的肠管能够建立与临床HD类似的无神经节细胞动物模型[21,22]。但是我们所制作的这种无神经节细胞大鼠模型,尚不能完全代替临床上的HD,相对而言,基因敲除动物模型可以达到相对完善的HD模型,但其制作难度及成本高、实验条件苛刻,不能普及,而我们所建立的HD模型存活率高,存活时间长,饲养方便,更适合研究无神经节细胞性巨结肠病的病理过程、发病机制和治疗措施。

柳含烟停下了,但白雪行动起来,她将落在地上的衣服堆在一起,柳含烟似乎知道她要做什么,按住急剧起伏的酥胸,向石屏上的宝蓝色罩袍示意,可白雪摇头,她吃力地将井水一桶又一桶摇起,一边不断的踩踏衣物,一边将桶里的水浇在衣服上,直到满意了,又将污垢的靴子鼓捣起来。看她如此柳含烟好几次欲言又止。

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金祝,尚卿,刘远梅
《临床小儿外科杂志》2018年第01期文献

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