神經節苷脂和神經生長因子在大鼠不同嚴重程度腦損傷治療中的協同作用

劉曉斌　李　民　侯明山　藺鵬楨　繆星宇　楊　軍陜西省人民醫：神經外科，陜西西安710061

神經節苷脂和神經生長因子在大鼠不同嚴重程度腦損傷治療中的協同作用

劉曉斌李民侯明山藺鵬楨繆星宇楊軍
陜西省人民醫：神經外科，陜西西安710061

目的觀察神經節苷脂（GM1）和神經生長因子（NGF）對患有不同嚴重程度腦損傷大鼠的治療作用，以探討GM1與NGF可能存在的協同作用以及兩者治療效果的差異性。方法140只10周健康的雄性SD大鼠分為正常組、假手術組、模型A組、模型B組、模型C組，使用電子顱腦損傷儀（eCCI）制備模型A/B/C，打擊深度均為3mm，打擊速度分別為3、4、5m/s。其中模型A/B/C組再分以空白組、GM1治療組、NGF治療組和GM1+NGF治療組。給藥后分別在24、48、72 h用ELISA方法檢測血清中S100B和神經元特異性烯醇化酶（NSE）的含量。結果損傷發生后第24小時各組S100B和NSE含量均達到最高點，隨后呈下降趨勢；同一模型不同治療組內，GM1+NGF治療組下降趨勢最顯著（P＜0.05）；不同模型間，中度腦損傷模型的GM1+NGF治療組下降最為顯著（P＜0.05）。結論GM1和NGF聯合使用治療比單獨使用GM1或者NGF效果要好，兩者存在協同作用；而且GM1和NGF聯合使用治療對于中度腦損傷情況效果最佳。

GM 1；NGF；顱腦損傷；協同作用

［Avsteact］Ov jective To observe the therapeutic effect of ganglioside（GM1）and nerve growth factor（NGF）on the severity of brain injury in rats，and to explore the synergy and the difference of therapeutic effect between GM1 and NGF.M ethods A total of 140 10 weeks healthy male rats were randomly divided into 5 groups：normal group，sham group，model A group，model B group and model C group，then the traumatic brain injury model were prepared by electric Cortical Contusion Impactor（eCCI），the hit depth was 3 mm，the hit speed ofmodel A/B/C was 3 m/s，4 m/s and 5 m/s respectively.Then the model A/B/C was divided into 4 groups：blank group，GM1 group，NGF group and GM1+NGF group respectively.ELISA method was used to detect serum S100B and NSE concentration after treatment at24 h，48 h and 72 h respectively.Results S100B and NSE levels in each group had reached the highest point at 24 h after injury，and then decreased.Different treatment groups within the same model，GM1+NGF treatment group decreased themost significantly（P＜0.05））；between differentmodels，GM1+NG treatment group inmoderate brain injury model decreased themost significantly（P＜0.05）.Conclusion The therapeutic effect of GM1+NGF treatment group is better than GM1 or NGF，two drugs have synergistic brain protection，and the best therapeutic effect of GM1+NGF is to moderate brain injurymodel.

［Key woeds］GM1；NGF；Traumatic brain injury；Synergymechanism

顱腦損傷是臨床上常見、多發的神經外科疾病，其發生率高居損傷中的第二位，我國每年死于創傷疾病的數十萬中有一半來源于致命的顱腦損傷［1］。近年來，一些腦組織損傷特異性生化標志物，如膠質纖維酸性蛋白（GFAP）、髓鞘堿性蛋白（MBP）、S100B蛋白和神經元特異性烯醇化酶（NSE）等得到了臨床醫生和研究人員越來越多的關注，其中尤以S100B蛋白和NSE蛋白最為顯著，兩者作為特異性標志物，在一定程度上可以反映出顱腦損傷的程度［2-3］。神經節苷脂（GM1）和鼠神經生長因子（NGF）是目前神經外科臨床治療顱腦損傷的常用藥物，其中GM1有助于受損腦神經細胞神經元的功能恢復［4］，對腦損傷后繼發神經的退化有保護作用［5］；而NGF對受傷的運動神經元有保護和修復作用，其可以加速神經纖維的再生和減輕繼發性損傷［6］。也有研究證明，GM1和NGF間具有復雜的生物學作用，可以明顯促進神經的再生行為［7］。本研究對不同程度顱腦損傷大鼠給予GM1和NGF治療，通過檢測S100B、NSE的變化，探討GM1和NGF對不同程度顱腦損傷的治療效果，以及探討GM1與NGF之間是否存在協同作用。

1　材料與方法

1.1動物材料及試劑、儀器

選取生長至10周左右，健康成年雄性SD大鼠共140只，體重240～260 g（源自西安交通大學實驗動物中心，合格證編號：SYXK（陜）2012-003）。

戊巴比妥鈉（Sigma，USA），硫酸慶大霉素（西南藥業），神經節苷脂（GM1）（廈門北大之路生物工程公司），鼠神經生長因子（NGF）（齊魯制藥），電子顱腦損傷儀（eCCI），NSE ELISA試劑盒（R&D Systems，USA）、S100BELISA試劑盒（R&D Systems，USA）。

1.2eCCI造模及模型的分級

140只SD大鼠分為正常組、假手術組、模型A組、模型B組、模型C組，其中正常組和假手術組各10只大鼠，造模組各40只大鼠。利用美國VCU大學設計的電子顱腦損傷儀（eCCI）制備TBI動物模型。實驗前12 h大鼠禁食，但不禁水。在整個實驗過程中，均為無菌操作。造模組大鼠腹腔注射2%戊巴比妥（50 mg/kg）進行麻醉處理，將大鼠俯臥固定在腦立體定向儀上。無菌條件下，在大鼠腦中線切開頭皮，然后剝離骨膜，暴露出右頂骨。于冠狀縫后3 mm，矢狀縫中線旁2.5 mm處，用微型磨鉆打一個直徑為2 mm的骨孔，暴露硬腦膜，并保持硬膜完整。然后將大鼠移至eCCI打擊操作臺，分別設置合適的打擊參數（模型A組，擊打速度為3m/s，擊打深度為3mm；模型B組，擊打速度4m/s，擊打深度3mm；模型C組，擊打速度5 m/s，擊打深度3 mm）［8］，撞擊硬膜使腦組織瞬間形變。用硫酸慶大霉素處理切口，并用骨蠟封閉骨孔，然后縫合頭皮切口。當觀察到大鼠恢復自主呼吸后放回籠中單獨飼養，實驗過程中由于操作不當，共造成死亡大鼠5只，均在造模后1 h內發生死亡，通過補充新的大鼠并制作相應的TBI模型以保證了各組模型鼠數量。造模結束后分別在第24、48、72小時對實驗大鼠進行神經功能行為檢測，并通過國際公認的改良型大鼠神經功能缺失評分系統（mNSS）分別從平衡、反射、感覺和運動四個方面來評價大鼠的神經功能，評分范圍0～18分，得分0分為正常，1～6分為輕度損傷，7～12分為中度損傷，13～18分為中度損傷［9］。正常組大鼠不做任何處理，假手術組大鼠只做開顱和縫合處理，不做打擊處理。

1.3給藥分組

模型A/B/C組分別再分為4個組，分別為空白組、GM1治療組、NGF治療組和GM1+NGF治療組，每組10只SD大鼠。根據GM1和NGF用藥執行標準，GM1治療組給藥模式為GM1 20mg/（kg·d）+生理鹽水10mL/（kg·d），其中GM1濃度為2mg/mL；NGF治療組給藥模式為NGF 2 000 U/（kg·d）+生理鹽水10mL/（kg·d），其中NGF濃度為200U/mL；GM1+NGF治療組GM1 20 mg/（kg·d）+NGF 2 000 U/（kg·d）；空白組給予注射等量的生理鹽水。各組均在大鼠造模結束后，放回籠中單獨飼養前以腹腔注射法給藥，每日一次，連續給藥3 d。

1.4ELISA法測定蛋白表達水平

正常組、假手術組和各處理組分別于造模后第24、48、72小時采集眼眶的靜脈血各1mL，4000 r/min離心處理后去血清，-20℃保存供ELISA法檢測S100B和NSE含量。按照NSE ELISA試劑盒（R&D Systems，USA）、S100BELISA試劑盒（R&D Systems，USA）的方法分別測定各樣品血清中NSE和S100B的含量。

1.5統計學方法

采用SPSS 17.0軟件進行數據統計處理，計量資料以均數±標準差（x±s）表示，采用單因素方差（One-Way ANOVA）分析，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2　結果

2.1大鼠腦損傷建模與分級

正常組和假手術組在傷后72 h內的觀察中mNSS評分均為0分，模型A組在造模后72 h內mNSS評分平均值為（4.98±0.35）分，為輕度損傷；模型B組在造模后72 h內mNSS評分平均值為（9.27±0.24）分，為中度損傷；模型C組在造模后72 h內mNSS評分平均值為（14.41±0.43）分，為重度損傷。且3個模型組之間的mNSS評分比較，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表1。

表1　模型SD大鼠m NSS評分及分組（x±s）

2.2不同治療組S100B蛋白含量變化分析

模型A/B/C中各空白組大鼠血清中S100B蛋白濃度相較于正常組和假手術組都有明顯升高，而各給藥組大鼠血清中S100B蛋白濃度在造模后第24小時達到峰值，隨著時間的延長均呈下降趨勢。見圖1。GM1治療組和NGF治療組大鼠血清中的S100B蛋白濃度與空白組相較下降明顯，差異有統計學意義（P＜0.05）；而兩組之間的大鼠血清中S100B蛋白濃度比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；GM1+NGF治療組大鼠血清中NSE蛋白濃度分別與GM1治療組和NGF治療組相比較，在各個時間點均有降低，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表2。

圖1　各模型給藥后各組大鼠血清中S100B蛋白含量變化曲線分析

表2　給藥后各組大鼠血清中S100B蛋白含量測定（n=10，ng/L，x±s）

2.3不同治療組NSE蛋白含量變化分析

模型A/B/C中各空白組大鼠血清中NSE蛋白濃度相較于正常組和假手術組都有明顯升高，而各給藥組大鼠血清中NSE蛋白濃度在造模后第24小時達到峰值，隨著時間的延長均呈下降趨勢。見圖2。GM1治療組和NGF治療組大鼠血清中的NSE蛋白濃度與空白組相較下降明顯，差異有統計學意義（P＜0.05）；而兩組之間的大鼠血清中NSE蛋白濃度比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；GM1+NGF治療組大鼠血清中S100B蛋白濃度分別與GM1治療組和NGF治療組比較，在各個時間點均有降低，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表3。

圖2　各模型給藥后各組大鼠血清中NSE蛋白含量變化曲線分析

表3　給藥后各組大鼠血清中NSE蛋白含量測定（n=10，ng/L，x±s）

2.4GM 1和NGF在不同模型中協同效應分析

進一步分析各模型GM1+NGF治療組S100B蛋白和NSE蛋白的下降趨勢發現，相較于模型A組（輕度損傷）和模型C組（重度損傷），GM1+NGF治療組的S100B蛋白含量下降趨勢在模型B組（中度損傷）最為顯著，差異有統計學意義（P＜0.05）；在第48小時差別最大。而NSE蛋白濃度檢測結果顯示，相較于模型A組和模型C組，GM1+NGF治療組在模型B組顯示出良好的治療效果，在第1天就具有顯著的下降趨勢，差異有統計學意義（P＜0.05），在后續2 d內下降趨勢逐漸加強。見表4。

3　討論

顱腦損傷作為臨床上常見、多發的神經外科疾病，其發生率高居損傷中的第二位，占全身損傷的10%～15%，我國每年死于創傷疾病的數十萬中有一半來源于致命的顱腦損傷。隨著社會經濟的發展，顱腦損傷疾病在我國的發生率有上升的趨勢。此外，顱腦損傷有很高的致殘率和死亡率，這給家庭和社會帶來了巨大的醫療負擔［1］。

表4　不同模型中GM 1+NGF治療組S100B和NSE下降趨勢分析（%，x±s）

近年來，一些腦組織損傷特異性生化標志物，如GFAP、MBP、S100B蛋白和NSE等得到了臨床醫生和研究人員越來越多的關注，其中尤以S100B蛋白和NSE蛋白最為顯著［2-3］。S100B蛋白存在于星形膠質細胞和雪旺細胞中，是中樞神經系統星形膠質細胞完整性的特異標志物［10］。當顱腦受到損傷后，中樞神經系統的細胞遭到破壞，進而S100B蛋白會由神經膠質細胞中滲入到腦脊液，然后通過已受到損傷的血腦屏障進入到外周血中［11］。因此，血清中的S100B蛋白濃度可以反映出星形膠質細胞的受損程度［12］，中樞神經系統受損患者，其腦脊液和血清中的S100B蛋白濃度會升高［13］。NSE主要存在于神經元和神經內分泌細胞中，其可以作為中樞神經系統神經元的特異性標志物，被認為是檢測腦損傷和預后評估的指標［14］。顱腦受損傷，神經元死亡，NSE被釋放到細胞間隙，進而破壞血腦屏障進入血液［15-16］。因此，當腦組織損傷程度越嚴重，受損的神經元會越多，血腦屏障受損也越高，而進入血液的NSE蛋白水平也越高［17］，所以血液中的NSE蛋白濃度在一定程度上可以反映出顱腦損傷的程度［18］。

GM1和NGF是目前神經外科臨床治療顱腦損傷的常用藥物，其中GM1有助于受損腦神經元的功能恢復，對腦損傷后繼發神經的退化有保護作用［19］；而NGF對受傷的運動神經元有保護和修復作用，其可以加速神經纖維的再生和減輕繼發性損傷［20］。也有研究證明，GM1和NGF間具有復雜的生物學作用，可以明顯促進神經的再生行為［7］。Kubota等［21］和張引成等［22］發現GM1能夠介導NGF促進運動神經元再生的作用，并具有很好的效果；Duchemin等［23］研究證實GM1可以上調SD大鼠腦內NGF mRNAme的表達量；Cuello等［24］研究認為外源性GM1可能是通過一種Ca2+依賴性信號通道來發揮對NGF生物學作用的增強效果。

本次研究利用電子顱腦損傷儀（eCCI）制備患有不同程度TBI的SD大鼠模型，對不同程度顱腦損傷大鼠給予GM1和NGF治療。結果顯示，各模型A/B/C中GM1治療組大鼠的S100B蛋白和NSE蛋白的濃度相較于為給予任何藥物治療的組別大鼠在3個時間點均有降低，且差異有統計學意義（P＜0.05）。這表明GM1能夠有效降低S100B蛋白和NSE蛋白的表達，促進受損腦神經細胞的功能恢復，進而對顱腦產生保護作用。同樣，在各模型A/B/C中NGF治療組大鼠的S100B蛋白和NSE蛋白的濃度相較于為給予任何藥物治療的組別大鼠在3個時間點均有降低，且差異有統計學意義（P＜0.05）。這表明NGF對受傷的運動神經元具有保護和修復作用，其可以有效降低S100B蛋白和NSE蛋白的表達，并加速神經纖維的再生和減輕繼發性損傷，促進受損神經元的恢復。此外，研究結果還發現，GM1與NGF均可以有效降低S100B蛋白和NSE蛋白的表達，且兩個治療組的S100B蛋白和NSE蛋白濃度無顯著性差異，這說明兩者對顱腦產生的保護作用無明顯差異。

對于GM1+NGF治療組的研究結果顯示，使用GM1+NGF治療組大鼠的血清中S100B蛋白和NSE蛋白濃度相較于與GM1組或NGF組均有下降，且差異有統計學意義（P＜0.05）。同時，相較于模型A（輕度損傷）和模型C（重度損傷），模型B（中度損傷）GM1+NGF治療組大鼠的血清中S100B蛋白和NSE蛋白濃度下降幅度更大，且具有顯著差異性。這表明，聯合使用GM1和NGF治療，兩者間產生了協同保護作用，能夠更大幅度地降低受損神經膠質細胞S100B蛋白和受損神經元細胞NSE蛋白的表達，促進受損腦組織的功能恢復，進而更好地對顱腦起到保護作用。

綜上所述，本研究表明GM1和NGF均可有效降低急性顱腦損傷SD大鼠血清中的S100B蛋白和NSE蛋白含量，且GM1和NGF聯合使用治療具有協同增強的作用，這種增強作用對于中度顱腦損傷SD大鼠的治療最為明顯，這為今后GM1和NGF的研究以及臨床應用提供了一定的參考和借鑒意義。

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Syneegy vetween GM 1 and NGF on the seveeity of veain injuey in eats

LIU Xiaobin LIMin HOU Mingshan LIN Pengzhen MIAO Xingyu YANG Jun

Department of Neurosurgery，Shaanxi Provincial People＇s Hospital，Shaanxi Province，Xi＇an 710061，China

R651.1

A

1674-4721（2016）08（c）-0045-06

2016-04-20本文編輯：趙魯楓）

劉曉斌（1977.7-），男，碩士；研究方向：顱腦損傷。