人脑外伤和肿瘤周围水肿的分子调节：5-脂氧酶/半胱氨酰白三烯受体与水通道蛋白4（AQP4）的关系

【摘要】：脑外伤、脑肿瘤均会造成脑水肿,继而导致脑功能障碍、颅内压增高、脑疝等并发症,严重者可引起死亡。因而,脑水肿是脑外伤、脑肿瘤等脑损伤疾病共同的病理生理基础,对脑水肿的研究具有重要的理论及临床意义。 脑水肿分细胞性和血管性两类。目前,认为引起脑水肿的原因很多,其机理十分复杂,其中,水通道蛋白(aquaporin,AQPs)在生物体(包括人体)各器官、组织中广泛分布,维持水的平衡,在脑水肿的形成和消退中扮演重要角色。AQPs是一组跨膜蛋白,已有11种亚型(AQP0～AQP10)被克隆,广泛存在于从细菌到哺乳动物的所有生物中,专使水的转运,定位于肾脏、腺体、骨胳肌、胃、脑等器官。脑中有6种AQP表达,其中AQP1和AQP4最为重要。AQP1主要表达在脉络丛,与脑脊液分泌有关。AQP4则存在于脑实质中,AQP4表达在血脑屏障结构中包绕内皮细胞的星形胶质细胞足突;在脑-脑脊液界面,AQP4表达在室管膜细胞,从AQP4的分布可以推测,星形胶质细胞利用AQP4参与血脑屏障的调节,维持水平衡。 浙江大学博士学位论文 在大鼠脑挫伤模型中,挫伤部位的AQP4 mRNA明显高于非损伤部位的脑 组织,而且AQP4的表达量与磁共振(MRI)所显示的水肿程度一致;AQP4基 因敲除小鼠在脑缺血和水中毒模型中,其脑水肿比野生型小鼠轻,神经功能障碍 也较轻,并且死亡率较低:在脑缺血病人尸检中,缺血区周围的AQP4表达增高; 然而,也有大鼠脑外伤后双侧脑半球AQP4蛋白表达量均下降的报道,但损伤侧 更明显。但是,人脑损伤后AQP4表达变化尚未阐明,因此,有必要了解人脑 外伤和脑肿瘤中的AQP4的表达状况。 另一方面,5一脂氧酶(5一llpoxygenase,5一LOX)及其产物半胧氨酞白三烯 (eysteinyl leukotrienes,eys比,包括LTC4,LTD4,LTE4)是一类炎症分子,也 可以增加血脑屏障通透性、导致脑水肿。cysLI’s通过cysLT受体发挥作用。在 二十世纪八十年代,药理学研究发现肺组织的两种CysLT受体,即半肤氨酞白 三烯受体1(CysLT,)和半肤氨酞白三烯受体2(CysLTZ)。直到上世纪九十年代末, 这两种受体相继被克隆。它们均为经典的Gq蛋白偶联7次跨膜受体,激活后可 以使细胞内钙增加。cysLT;受体主要表达于脾和外周血白细胞,在脑内、肺、 结肠、心脏、胰、前列腺、肾脏、肝脏等组织也有少量表达;CysLT:受体主要 表达于脾、心脏和外周血淋巴细胞,而在脑、前列腺、肾脏、卵巢等组织的表达 较弱,Northem blot和RT一pCR检测发现,人脑中CysLTZ受体比Cys班l受体 表达更多一些。然而,cysLT,和cysLTZ受体在人脑中的分布仍不清楚,脑外伤 和脑肿瘤引起cysLTI和cysLT:受体的表达量和分布的变化也不清楚。作为 Cysl月飞合成的限速酶5一Lox,在正常脑中有表达,缺氧、缺血、衰老均会增加 其表达,然而5一LOX在人脑外伤和肿瘤的表达特征尚不清楚。 cysLI’s激活CysLTI通过MAPK通路,引起星形胶质细胞活化和增殖:甘露醇 也可通过激活p38 MAPK细胞内信号通路,促进AQP4的表达。由于cys砚’s育旨引 起脑水肿,而脑水肿与AQP4密切相关,因此,有必要阐明CysLrs女口何影响AQP4 的表达。 为此,本研究利用人脑手术样本,观察了脑外伤和肿瘤后水肿发生与相关调 节分子的关系,即观察AQP4以及5一Lox、cysLTI和cysLTZ受体的表达变化,并 且对这两类分子之间的关系作了初步探讨。 浙江大学博士学位论文 第一部分 人脑外伤和肿瘤周围水肿与水通道蛋白(A QP4)表达 水通道蛋白(AQP4)在脑内广泛表达在星形胶质细胞中,调节水的转运,与 脑水肿的形成和消退密切相关,动物脑外伤实验证明AQP4表达增加,但也有报 道表达下降,可能因取样的时间或部位不同而异。人脑缺血病人尸检和脑肿瘤中 AQP4表达增高,然而,对于人脑外伤AQP4的表达尚无报道。为了阐明AQP4 在脑外伤及脑肿瘤中的表达特点,我们在脑手术样本中,以免疫组织化学检测了 AQP4在不同时间脑外伤及不同类型脑肿瘤中的表达。本实验收集了脑外伤后不 同时间因治疗而手术切除的挫伤的脑组织、手术切除的脑肿瘤(不同病理类型)、 因各种病因而手术切下的相对“正常”的脑组织,将手术切下的标本立即固定、石 蜡包埋、病理切片,HE染色,AQP4免疫组化染色,光镜下摄影分析。结果发 现,AQP4表达在脑血管周围的星形胶质细胞,并且在伴有脑水肿的脑外伤和脑 肿瘤均表达增强。在脑外伤样本,随着外伤时间的延长(数小时至8天),AQP4 表达逐渐增高。AQP4还表达在星形胶质细胞瘤中心区及周边区,随恶性程度(分 型级别)增高而表达增加;但是,在肺癌的脑转移瘤,仅表达在肿瘤周边区,不 表达在中心区。这些结果表明,AQP4的表达在脑外伤以及星形胶质细胞瘤(但 不表达在脑外肿瘤的转移灶内),证明AQP4与这些脑损伤水肿发生密切相关。 第二部分 人脑外伤和肿瘤周围水肿与5一脂氧酶/半肤氨酸白三烯受体表达 炎症反应中,花生四烯酸通过限速酶5一LOX合成cysl月贻,进而作用于cysLT 受体,在病理生理变化中起调节作用。在脑内,5一Lox激活而产生的cysLTs可 引起血脑屏障通透性增高,进而诱导脑水肿。然而,人脑内(尤其是脑外伤和脑 肿瘤时)的5一LOX、CysLT;和CysLTZ受体的表达特点还不清楚。为了阐明 5一LO刀CysLTI/2受体在脑损伤(尤其是脑水肿)中的关系,我们观察了人

【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：R741