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脑性瘫痪(CP)是由脑发育缺陷或非进行性脑损伤所致,常发生在2岁以下小儿中,发病率约1~3%。儿童痉挛性脑瘫常表现为肌肉无力、痉挛、选择性运动控制丧失,以及原发性脑损伤导致的姿势控制受损。
在临床上,脑瘫患儿通常表现出动态马蹄足,存在膝关节过伸、过度扩张、三头肌群收缩缺失等问题。临床上尚未发现根治CP的方法,虽然替代药物经常被使用,但并未发现有效证据支持其使用,一般是通过康复性治疗、药物和手术来改善患儿运动功能。
本研究使用脂多糖(LPS)与缺氧/缺血(H/I)联合诱导建立CP大鼠模型,采用液相色谱-串联质谱(LC-MS /MS)联合tmt-标签定量方法探讨白脉软膏对CP大鼠脑损伤的治疗作用。
大鼠随机分为4组,每组10只(5只雄性,5只雌性),分别为白脉软膏组、安慰剂组、模型组和对照组。在白脉软膏组大鼠背部的皮肤表面(从第7天到第40天)局部涂抹奇正白脉软膏1.5mL/只/日;在安慰剂组CP大鼠组背部皮肤表面局部涂抹安慰剂1.5mL/天(从第7天至第40天)。
同时,研究人员要在上午8~11时评估大鼠的运动能力,从出生后30~40天每5天进行一次旋转测试,测试系列以40rpm的速度进行一系列测试,记录了每只大鼠的坠落时间。最后,收集其血清、海马和运动皮层样本进行指标检测。
01 CP大鼠蛋白质的质谱定量分析
LC-MS/MS对海马体的分析显示,共有2551种蛋白质含有2种或更多独特的肽;在运动皮层中,共发现2521种蛋白质,其中2种或2种以上为独特的肽。在本研究中,海马中发现了1397种改变的蛋白质,其中582个蛋白在安慰剂组大鼠中表达下调(与正常对照组相比),而在白脉软膏组大鼠中表达上调(与安慰剂组相比),还有815个蛋白表现出相反的趋势。在大脑皮层中,发现了1843种改变的蛋白质,其中564个蛋白在对照组中表达下调,而在白脉软膏组中表达上调(与安慰剂组CP大鼠相比),1279种蛋白质表现出相反的趋势。
02利用生物信息学分析预测CP大鼠海马蛋白功能分类
通过信号通路对海马体的1397个改变的蛋白质和运动皮层的1843个改变的蛋白质进行了分析,发现CP组间表达蛋白和下调蛋白的富集分数最高。在已识别的通路中,最热门的是海马区细胞质核糖体蛋白、gpcr-C类代谢谷氨酸、信息素和胆固醇代谢通路(图1),以及运动皮质区丝裂原活化激酶(MAPK)信号通路和胆固醇代谢通路(图1)。
有趣的是,在海马体和运动皮层中,与对照组健康大鼠相比,在安慰剂组CP大鼠中,各种胆固醇代谢途径的催化酶的表达上调,与安慰剂组CP大鼠(图1)相比,白脉软膏组各种胆固醇代谢途径的催化酶的表达下调。同时,胆固醇合成途径中的Hmgcs1、Idi1和sql催化酶也发生了类似的改变。运动皮质中只有Mvd、Fdps和Dhcr7发生改变,而海马中没有。与安慰剂组CP大鼠相比,白脉软膏组CP大鼠Rps6ka1表达明显降低。同样,第40S核糖核糖核糖蛋白RPS8、RPS9、RPS25和RPS27的表达也受到了控制。
与对照组健康大鼠相比,Grm4表达在用安慰剂组CP大鼠中明显上调,与安慰剂组的CP大鼠相比,白脉软膏组CP大鼠Grm4表达明显下调。与对照组相比,安慰剂组CP大鼠的上述蛋白表达水平下降,而白脉软膏组CP大鼠的上述蛋白表达水平上升。
这些结果表明,MAPK通路的关键蛋白质受到白脉软膏治疗的影响。
03免疫化学染色
使用免疫组化法定位大鼠海马中CP相关蛋白的表达(图2),与对照组相比,在安慰剂CP大鼠中,组蛋白3.3和组蛋白4的表达被下调。然而,与对照组和安慰剂组相比,白脉组CP大鼠组蛋白3.3和组蛋白4表达上调。与对照组相比,模型组CP大鼠和安慰剂组CP大鼠的PKC-δ和外周蛋白表达上调;然而,与对照组和安慰剂组相比白脉治疗组CP大鼠的PKC-δ和周围蛋白表达下调。
使用高通量定量蛋白质组方法,评估在脂多糖(LPS)与缺氧/缺血(H/I)联合诱导的CP大鼠模型中海马和运动皮层的蛋白组学变化。在每个大脑区域都发现了2000多种蛋白质。定量分析显示,LPS和H/I诱导之后除了运动系统的破坏外,海马和运动皮层蛋白质组的也发生了严重的紊乱。
相比之下,白脉软膏的局部应用不仅缓解了CP大鼠模型的运动缺陷,而且恢复了大脑皮层的蛋白质组。此外,在白脉处理的CP大鼠大脑中,海马中的星形胶质细胞被强烈激活,这与神经营养因子的增加有关。
蛋白质组学分析表明,CP模型可诱导大脑神经炎症反应,而局部应用白脉软膏的则逆转了这一反应。本研究突出了海马和运动皮层神经元在CP进展和治疗中的意外作用,从而为CP提供了潜在的新治疗靶点。