模拟高原环境大脑皮质及血脑屏障的病理变化与AQP4的相关性实验研究

摘要

人或动物从低海拔急进高原，暴露于低压低氧寒冷环境可能发生系列病理反应，表现为头痛、恶心、呕吐、失眠、疲乏、头昏眼花、共济失调等，称高山反应，也称急性高原病(acutemountainsickness，AMS)。有报道说人进入2,500米以上高原就可能发生高原反应。AMS重者发生高原肺水肿(highaltitudepulmonaryedema，HAPE)或高原脑水肿(highaltitudecerebraledema，HACE)，表现为呼吸困难、精神智力障碍以至昏迷。HACE是急性高原病的极端严重情况，如不及早预防和救治，危及患者生命。现代交通和旅游业的发达，社会交流的增多，有越来越多的人进入高原地区，因此，高原病的防治愈加重要和迫切。 已有研究认为，急性高原病和HACE的主要病变是血管源性脑水肿和颅内高压，但到目前为止对高原脑水肿发生的细胞和分子机制仍知之甚少。胶质细胞足板是血脑屏障(bloodbrainbarrier,BBB)的重要结构成分，近年在创伤、缺血、肿瘤性脑水肿的研究中发现，胶质细胞(及其突起、胶质足)形态学变化先于神经元，认为是最早的病理反应，但胶质细胞在AMS和HACE中的反应变化还未见研究报告。水通道蛋白是水分子跨膜运动的主要分子基础，在调节脑水平衡中起着关键作用，认为在病理生理过程中也发挥主要作用，是目前研究的热点，AQP4在AMS和HACE发生中的作用值得探讨。 在高原反应、AMS和HACE情况下BBB的病理变化、胶质细胞反应、AQP4及其mRNA的表达变化，以及他们之间的相互关系还未见研究报道，本实验通过急进高原5000m大鼠动物模型，观察4h～4w这些指标的改变，以探索高原反应/AMS和HACE的发病机制。 实验结果如下： 1.一般情况：实验组大鼠4h～72h活动度减少，蛛网膜、肺组织、胃肠明显充血。以后活动增加，进食有所增加，组织充血减轻至接近正常。 2.光镜观察：实验组24h、48h及72h蛛网膜轻度充血，脑组织微血管周围间隙增宽。2w、4w时胶质细胞有增生现象，有胶质结节形成。 3.电镜观察：实验4h组，皮质毛细血管内皮细胞吞饮泡增多，基底膜疏松密度不均，胶质足电子密度降低。实验组24h、48h、72h毛细血管内皮细胞吞饮泡增多，线粒体嵴模糊、消失、空化，胞浆内出现膜性退变物，同时游离核糖体增多，紧密连接模糊松弛，基底膜疏松密度不均更明显。胶质足明显肿大苍白，可见肿大的胶质足压迫血管腔变形，并可见胶质细胞胞体肿胀，神经细胞无明显病理改变。 4.硝酸镧通透性观察：正常对照、4h组镧颗粒在血管内皮细胞表面，24h可见镧颗粒进入内皮细胞紧密连结间隙，48h镧颗粒进入部分基底膜外周围组织间隙，72h后未见镧颗粒漏出。 5.光镜免疫组化和原位杂交观察：光镜观察AQP4在毛细血管壁和分散胶质纤维呈阳性表达，正常对照组及4h组大脑皮质阳性表达毛细血管及胶质纤维稀少，24、48h、72h阳性血管及胶质纤维数明显增多，阳性染色增强，2w、4w二者的阳性表达下降，但比正常高。AQP4mRNA在毛细血管内皮细胞核和胶质细胞核阳性，4h组阳性表达无显著增高，其余时点变化与AQP4基本一致。正常组AQP4免疫组织化学染色ACD值为1.268±0.119，4h组ACD值显著升高，24h、48h和72h组ACD值非常显著高于正常对照组，2w组下降，到4w组ACD值接近正常水平。正常组AQP4mRNA皮层原位杂交平均ACD值为1.367±0.104，4h组ACD值无显著变化，24h、48h和72h组ACD值非常显著升高，2w组ACD值有所下降，4w组接近正常水平。 6.电镜免疫组化和原位杂交观察：电镜下AQP4沿血管内皮细胞质膜和胶质足质膜呈阳性表达，内皮细胞胞浆显多少不一的阳性颗粒，基底膜未见阳性颗粒沉积。AQP4mRNA杂交颗粒在胶质细胞核和血管内皮胞核呈阳性沉积。 7.兴奋性氨基酸检测：实验组4h、24h、48h、72hGlu和GABA与正常对照组均无显著差异，2w、4w组Glu明显下降，GABA明显增高。 本实验观察结果显示：脑组织BBB病变是大鼠急进高原后最早的病理变化；大鼠急进高原后胶质细胞肿胀可能是调节大脑水平衡，使神经细胞免受损伤的保护性反应，如果这种调节失衡，导致毒素释放，高原脑水肿发生。AQP4/mRNA在急进高原早期表达增强，与BBB病变同步，可能是BBB和胶质细胞调节通透性并维持水平衡的分子机制。

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文献综述AQP4在中枢神经系统中的作用及与脑水肿的关系

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