维普资讯 http://www.cqvip.com 中国神经免疫学和神经病学杂志2007年9月第14卷第5期 』 ! ! i 坠 ! ! ! !! !: ! : ・293・ 体外星形胶质细胞损伤后炎症模型的建立及应用 吴炳义 ,孙树梅 (1.南方医院l临床医学实验研究中心,南方医科大学,广东广州5l0515; 2.南方医院儿科,南方医科大学,广东广州510515) 摘要:目的建立胶质细胞损伤后体外炎症模型,探讨轻度低温、槲皮素及清蛋白对白细胞黏附及胶质细胞损 伤的影响。方法利用原代培养的成熟星型胶质细胞采用体外划伤方式造成细胞损伤,然后与白细胞共培养建 立星形胶质细胞损伤后体外炎症模型。将共培养的细胞放入CO 孵箱中,将温度控制在32℃的亚低温状态, 探讨轻度低温、槲皮素及清蛋白对白细胞黏附及胶质细胞损伤的影响。结果 白细胞主要黏附于损伤边缘的胶 质细胞,并对其有损伤作用。32。C亚低温可明显降低白细胞对胶质细胞的黏附和损伤,但无白细胞存在时其作 用不明显。槲皮素和清蛋白对白细胞的黏附无显著影响,对胶质细胞无保护作用。结论低温主要通过降低白 细胞黏附达到保护胶质细胞作用,对单纯的细胞机械损伤无明显保护作用,提示胶质细胞损伤后的反应性增生 不是介导白细胞黏附的关键因素。 关键词:・胶质细胞;损伤;低温;炎症;白细胞 中图分类号:Q189;R392 文献标识码:A文章编号:1006—2963(2007)05—0293—04 Initial Studies on an in vitro Neruoinflammation Model in Astrocytes with Post—traumatic Inj ury WU Bing—yi ,SUN Shu—mei (1.Research Center of Clinical Medicine,Nanfang Hospital,Southern Medical University,Guangdong Guangzou 510515 2,"Department of Pediatrics,Nanfang Hospital,Southern Medical University,Guangdong Guangzhou 510515,China) ABSTRACT:Objective To establish a new in vitro model of post—traumatic neuroinflammation and study on the effects of hypothermia,quercetin and albumin o13.1eukocytes adherence and astrocyte survival with post—traumatic injury.Methods An in vitro post traumatic neuroinflammation model was created by the cocuhure of leukocytes,which were freshly separated from rat whole blood,and primary cell culture of astrocytes,which had been traumatized by the scratch method.The scratch inj ury to astrocytes was produced by scratching a confluent culture with a 200 L sterile plastic pipette tip according to a grid.Co—cultures were placed on a slow speed shaker for 30 min,and then gently washed to remove floating leukocytes.Quantitation of leukocytes adhesion was done by labeling leukocytes with Calcin—AM at 37℃for 30 min.The number of adherent cells was estimated from 10 fields along versus away from the edge of the injury using an inverted fluorescent microscope.Cell viability was estimated by Lactic dehydrogenase(LDH)release and live/dead assay. Results Leukocytes preferentially adhered to injured[(187.3+31.5)cells/10 hpf]compared to uninjured astrocytes[(18.3+11.4)cells/10 hpf]. Optimal adhesion along scratch wound edge occurred 12 and 24 hours post—injury.Leukocytes induced injury to astrocytes if co culture time more than 2 days.Under hypothermia at 32℃,LDH release and leukocytes adhesion were reduced bv 54 and 37 .However,no any similar effects were found after treatments with quercetin and albumin although quercetin inhibited hypertrophic cell process after astrocytes traumatic injury. Conclusions In our new in vitro neuroinflammation model,leukocytes preferentially adhered to injured astrocytes,enhanced inj ury and increased cell death.Hypothermia at 32。C reduced leukocyte adherence and secondary injury to injured astrocytes.Quercetin and albumin had no any effects on leukocytes adherence and 收稿日期:2006—09—04;修订日期:2007—06—05 基金项目:国家自然科学基金资助项目(30300047) 作者简介:吴炳义(1966一)男,山东省人,博士,副教授,主要从事神经再生与损伤的分子机制研究。通讯地址:南方医院l临床医学实验研究 中心,南方医科大学,广州510515。联系电话:(020)61641052。 维普资讯 http://www.cqvip.com 中国神经免疫学和神经病学杂志2007年9月第14卷第5期Chin J Neuroimmunol&Neurol 2007,Vo1.14,No.5 astrocytes survival,Together with our previous finding these results showed that hypertrophic cell processes were not key factors in leukocytes adherence. Key words:astrocytes;traumatic i ̄ury;hypothermia;inflammation;leukocytes 颅脑损伤是临床常见疾病之一。研究发现,颅 脑损伤的严重程度除原发性损伤外,由炎症细胞侵 入引起的二次损伤对疾病的治疗和预后亦起关键 作用l1]。二次损伤主要表现为,炎症细胞引起新的 行细胞计数.然后加入1 I Calcein—AM置37℃ 避光保存20 min,对白细胞进行荧光标记。 1.2.3胶质细胞一白细胞的联合培养模型:将标记 好的白细胞悬液(含1×10。个白细胞)与1mL无 细胞损伤及坏死,导致损伤区域扩大,特别是幼儿 期颅脑损伤诱发的炎症反应损伤尤为严重口]。由 于在体情况复杂,目前对炎症细胞引起的损伤机制 尚不十分清楚。 胶质细胞是脑内主要细胞之一,约占脑内细胞 总量的90 ,除具营养、支持作用外,目前发现其 在颅脑损伤和神经元再生方面亦具有重要作用L3 。 该研究采用原代培养的胶质细胞损伤模型 与分 离后的大鼠外周血白细胞共培养建立颅脑胶质细 胞炎症损伤模型,并利用该模型探讨轻度低温、槲 皮素和清蛋白对细胞损伤和白细胞黏附的影响。 1材料和方法 1.1 材料 1.1.1 动物:雄性SD大鼠,体重200 g左右,用于 分离白细胞。新出生24 h的SD大鼠用于胶质细 胞的原代培养。 1.1.2试剂及仪器:DMEM细胞培养基及胎牛血 清为Gibco BRL公司产品,细胞培养皿及滤膜为 Becton Dickinson公司产品,白细胞分离试剂盒为 Pharmacia LKB公司产品,白细胞标记试剂Calce— in—AM及LIVE/DEAD检测试剂盒为Molecular Probes公司产品l4],乳酸脱氢酶(LDH)检测试剂 盒为Cedarlane公司产品(No:CL5041),槲皮素为 Sigma公司产品(No:6151253)。 1.2方法 1.2.1原代培养的胶质细胞损伤模型的建立:胶 质细胞的原代培养按作者方法 操作,培养4周后 备用。损伤模型按作者方法l6 操作:于35 mm培 养皿的盖上划出纵横交错的格,将盖置于胶质细胞 培养皿下面,用200 L加样器头沿盖上的格将 培养的胶质细胞划伤,并换液除去脱落细胞。为保 持细胞损伤程度的一致性,均用同一带格的盖进行 细胞划伤操作。 1.2.2大鼠外周血白细胞的分离及标记:大鼠外 周血白细胞的分离按试剂盒说明操作。分离后进 血清培养液混匀,然后均匀加入至损伤的胶质细胞 表面,放在摇床上使白细胞自由移动,减少非特异 结合,然后置37℃或32℃CO 孵箱培养30 min,用PBS清洗4次,除去未黏附的白细胞后换 新鲜的培养液,置37 C或32。C共培养。 1.2.4黏附白细胞计数:用PBS清洗细胞后,用 普通光镜在20x l0放大视野下,沿划伤边缘选定 视野,然后转换荧光镜头进行荧光计数黏附的白细 胞(呈绿色),每个培养皿计数10个视野。 1.2.5胶质细胞的LIVE/DEAD染色:取20“L LIVE/DEAD混合标记液进行避光染色15 min 后,于荧光显微镜下观察死亡细胞(呈红色)。 1.2.6 LDH测定:取200 L细胞培养液,测定释 放至培养液中的LDH,按试剂盒说明操作;培养的 胶质细胞用PBS洗涤后,用细胞刮板刮下并收集 至1.5 mI 的离心管中,匀浆后离心取上清,按试 剂盒说明测定总LDH。I DH释放率=培养液 LDH/细胞总LDH。 1.2.7槲皮素及清蛋白的处理:将槲皮素溶解于 二甲亚砜(DMSO)配成50 mmol/L的储存液,取2 I 储存液加入至2 mI 培养液中,其工作浓度为 50 mmol/I 。取清蛋白溶解于1×PBS配制成25、 50 mmol/L浓度,取2 L储存液加入至2 mL培 养液中,其工作浓度分别为25、50 mmol/L。 1.2.8统计学处理:数据以均数±标准差表示,采 用SPSS11.5统计软件行方差齐性检验及单因素 方差分析(SNK检验)。 2 结果 2.1胶质细胞与白细胞共培养 胶质细胞划伤 后l2 h,损伤边缘整齐,细胞突起不明显(图lA), 白细胞黏附在损伤边缘的胶质细胞上(图1B),最 大黏附发生于损伤后12~24 h。显微镜下计数10 个视野平均黏附的白细胞数为(187.3±31.5)个; 在未受损伤的区域内白细胞很少黏附,10个视野 平均黏附的白细胞数为(18.3±11.4)个。白细胞 维普资讯 http://www.cqvip.com 中国神经免疫学和神经病学杂志2007年9月第14卷第5期Chin J Neuroimmunol&Neurol 2007,Vo1.14,No.5 黏附2 d后,对与之结合的胶质细胞有明显杀伤作 用,经LIVE/DEAD染色后发现死亡细胞主要集 中于白细胞黏附的损伤边缘。 图1胶质细胞划伤后与白细胞共培养12 h后的白细胞黏附 ×200 A:相差照片,与B为同一视野:B:白细胞主要黏附于划 伤边缘的胶质细胞,在非划伤区仅有少量白细胞黏附 Fig 1 Adherence of leukocytes to traumatic astrocytes:Trau— matic astrocytes CO—culture with leukocytes for 1 2 h (A),leukocytes mostly adhered to astrocytes near scratch edge but little in non—traumatic area(B) ×2OO 2.2低温对白细胞黏附及胶质细胞损伤的影响 胶质细胞划伤后与白细胞继续培养24 h(r/一6) 结果显示,白细胞加入前、后完全置37。C(37。C/ 37 C)条件下时LDH释放率为(70±4) ,白细胞 黏附率为1.O¨O±0.07;白细胞加入前、后温度为37 ℃/32。C条件时LDH释放率降至(55±3) ,白细 胞黏附率降至0.73±0.06,与37℃/37℃条件比较 差异有统计学意义(均P<0.05);白细胞加入前、 后完全置于32℃(32。C/32。C)条件时I DH释放率 则降至(32±2) ,白细胞黏附率降至0.63± 0.06,同37℃/37 C组相比分别降低了54.3 和 37.0 A(均P<0.01)。说明32。oC亚低温能够降低 白细胞黏附,减少胶质细胞LDH的释放。但在无 白细胞存在而仅有胶质细胞划伤的情况下,37℃/ 32℃、32℃/32℃条件培养对白细胞黏附和LDH 释放率无显著影响,说明32C亚低温通过减少白 细胞的黏附达到保护细胞的作用。 2.3槲皮素和清蛋白对白细胞黏附及胶质细胞损 伤的影响 共培养时加入槲皮素(浓度分别为5O 和100 mmol/I )和清蛋白(浓度分别25和5O ertool/L)对白细胞黏附和LDH释放亦无显著影 响。 3 讨论 体外星形胶质细胞损伤后炎症模型可以模拟 在体情况下炎症细胞的黏附和杀伤过程,从一个侧 面反映出原发性损伤后脑内炎症反应的过程。该 研究发现,同未划伤的胶质细胞相比,损伤后的胶 质细胞能够优先结合白细胞。这种结合发生于损 伤后1 h内,最大结合发生于损伤后的12~24 h 内。由于与白细胞的结合需黏附因子参与,因此受 损伤的胶质细胞是否高表达了能结合白细胞的黏 附分子尚待证实。 该研究结果发现,32℃亚低温可显著减少白细 胞的黏附及降低胶质细胞的损伤,对胶质细胞有保 护作用。临床采用颅脑低温的治疗温度一般控制 在33~35 C范围内,考虑到脑内外温度传导的差 异,该条件下颅内细胞的温度可能也在32~33℃ 左右,该结果同临床经验治疗温度相近_7]。该模型 可将温度控制在以“度(℃)”为单位的条件下,解决 了在体情况下无法将温度变化范围精确控制在 1℃以内的缺点。 目前认为低温可降低颅脑损伤的机制为:(1) 低温可降低脑细胞的代谢率,减少其对氧的需求; (2)保护脑细胞膜的完整性,减轻炎症反应等_8]。 目前在整体动物的研究中很难区分上述机制中哪 些占主要地位及哪些占次要地位。例如在体情况 下的颅脑损伤无法排除白细胞的参与,不能区分亚 低温通过何种机制保护细胞,主要是保护单纯的机 械损伤?还是降低炎症细胞介导的损伤?在建立 的体外模型中,32℃亚低温可减少白细胞的黏附及 降低胶质细胞的损伤,但在无白细胞存在时这种保 护作用不明显,说明32。C亚低温保护胶质细胞的 机制是通过减少白细胞黏附实现的,推测整体动物 水平也可能有类似机制,即亚低温主要通过降低炎 症细胞介导的损伤,从而达到减轻颅脑损伤后的二 次炎症反应的目的。 32|C亚低温能够减少白细胞与胶质细胞的黏 附的机制主要是影响了白细胞还是胶质细胞?抑 或两者同时在亚低温条件下发生了改变?该研究 维普资讯 http://www.cqvip.com ・296・ 中国神经免疫学和神经病学杂志2007年9月第14卷第5期 i euroimmu”9 坠 ! ! !, : ! : 将建立的胶质细胞体外损伤炎症模型经37℃、 32℃两种条件处理和白细胞亦经37。C、32℃两种 温度处理后发现,当两种细胞均经32℃处理时白 细胞黏附最少而且胶质细胞损伤亦最小,提示 32。C亚低温同时影响了两种细胞的表达变化。 [3]Sofroniew MV.Reactive astrocytes in neural repair and protection[J].Neuroscientist,2005,1 1(5):400— 4O7. [4]Wu BY,Yu AC.Quercetin inhibits c-fos,heat shock protein,and glial fibrillary acidic protein expression in 槲皮素是中药的有效成分,有研究显示它通过 降低白细胞炎症因子的释放达到抗炎症作用l_g』,作 者既往研究也发现槲皮素可以抑制胶质细胞损伤 后的胶质纤维增生和胶质瘢痕形成l_4j。该研究结 果显示,尽管槲皮素可以抑制划伤后的胶质纤维增 生,却不能抑制白细胞的黏附。说明胶质细胞损伤 后的胶质纤维增生不是诱导白细胞黏附的关键因 素。清蛋白是近年来在颅脑损伤治疗中经常使用 的药物u ,具有促进白细胞的转运和黏附作用l_1¨, injured astrocytes[J].J Neurosci Res,2000,62(5): 73O一736. [5]Wu BY,Liu RY,So KL,et a1.Multi—lipofection effi— ciently transfected genes into astrocytes in primary culture[J].J Neurosci Methods,2000,102(2):133— 141. [6]Schmidt OI,Heyde CE,Ertel W,et a1.Closed head injury-一an inflammatory disease[J].Brain Res Rev, 2005,48(2):388—399. [7]Wright JE.Therapeutic hypothermia in traumatic brain i ̄ury[J].Crit Care Nurs Q,2005,28(2):150— 161. 但该研究结果未发现此种作用,提示清蛋白改善颅 脑损伤的作用可能并非通过降低白细胞黏附引起。 [8]Sahuquillo J,Mena MP,Vilalta A,et a1.Moderate hypothermia in the management of severe traumatic 当然是否由于清蛋白只影响白细胞与神经元而不 是胶质细胞的黏附,尚可利用该模型的设计思路, 采用原代培养的神经元替代胶质细胞进一步证实。 参考文献 brain injury:a good idea proved ineffective[J].Curr Pharm Des,2004,10(18):2193—2204. [9]Liu JJ,Song CW,Yue Y,et a1.Quercetin inhibits LPS-induced delay in spontaneous apoptosis and acti— [1]Morganti—Kossmann MC,Rancan M,Stahel PF, et a1.Inflammatory response in acute traumatic brain vation of neutrophils[J].Inflamm Res,2005,54 (12):500—507. injury:a doubl ̄edged sword[J].Curr Opin Crit Care,2002,8(2):101-105. 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