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赵恒,加里·斯坦伯格, “轻度到中度低温的有限的治疗时间窗在局灶性缺血模型大鼠”,卒中研究和治疗, 第一卷。2011, 文章编号131834, 7 网页, 2011。 https://doi.org/10.4061/2011/131834
轻度到中度低温的有限的治疗时间窗在局灶性缺血模型大鼠
抽象
尽管许多研究已经显示了在中风治疗中诱导低温的巨大潜力,我们认识到即使在实验室中低温的保护作用也是有限的。在这里,我们回顾我们的实验,在保护作用的小白鼠温和到中度低温。双侧颈总动脉(CCA)闭塞1 ~ 2小时伴永久性或暂时性大脑中动脉(MCA)闭塞致局灶性缺血。我们比较了温和()和中度()低温,评价治疗时间窗,并研究了潜在的机制。经过审查后,我们的调查结果显示,引起轻度低温的保护作用()是有限的,并且甚至中度低温的治疗时间窗()在我们的特定模型中非常短,尽管这一限制可能是由于使用的低温相对较短的时间。此外,我们发现低温可以通过保护Akt活性、PTEN磷酸化和降低脑损伤εPKC活性,同时抑制ROS的产生,并δPKC活性。
1.简介
一个在动物实验中金标准,对脑卒中神经保护剂[1,2诱导的轻度(33至36℃)至中等(28〜32℃)低温一直是几个临床试验中用于脑缺血的治疗中的焦点。在过去的十年中,前瞻性随机对照研究表明,诱导低温对从心室颤动患心脏骤停患者的神经功能[3],并降低缺氧缺血性脑病新生儿死亡或残疾的危险[4,五]。然而,低温治疗急性卒中治疗临床翻译仍然处于早期阶段。许多障碍仍然存在,包括发病时间,持续时间,以及低温的深度[6]。
在推断动物研究人类患者的过程中,即使实验室实验和临床试验设计之间有显著的差距。例如,许多以前的动物模型中使用完全再[7-9],而大多数中风患者从永久性脑动脉闭塞遭受[10,11]。即使采用t-PA治疗,也有略小于1 / 3的患者实现完全再灌注,1 / 3的患者实现部分再灌注,其余患者无再灌注[11,12]。因此,要选择动物中风模型的能力,妥善模拟临床中风是评估诱导低温的保护作用的关键一步。
我们的实验室已经研究了近20年的温和至中度低温症的保护作用[6,13-17]。我们最近的低温研究使用大鼠[与局部灌注的焦点缺血模型16,18,19];在其他实验室中很少使用的一种模式。本模型采用双侧颈总动脉(CCA)闭塞联合永久性大脑远中动脉(MCA)闭塞致脑卒中[16,20.-22]。双边气候变化协议被1至2个小时后重新打开,而远端MCA闭塞遗体[16,19,23,24]。因此,该技术允许部分再灌注[25,26]。如上所述,该模型模拟了许多接受部分再灌注的中风患者,无论是否接受t-PA治疗。然而,为了比较低温对局灶性缺血、部分再灌注和完全再灌注的保护作用,我们还采用了一种瞬态三支血管(双侧CCAs和远端MCA)闭塞模型[18]。
一些优秀的文章回顾低温的保护效果的起效时间功能,持续时间和低温的深度,以及其潜在的保护机制[27-30.]。特别是,范德WORP等。具有全面回顾过去的低温研究[29],它或者用来临时或永久闭塞模型。然而,保护使用如上所述已收到显著较少关注局部再灌注影响的低温在中风模型。因此,本文主要侧重于我们的治疗时间窗和局部灌注的独特模式,在过去几年的研究。
2. Intraischemic亚低温治疗提供了强大的和长期的保护,局灶性缺血模型局部灌注
在我们的第一个实施缺血模型[16],我们烧灼远端MCA的鼻腔裂缝上方和瞬时遮挡的双边共同国家评估1小时。该模型生成局限于皮质良好划定缺血区域[20.,22]。中度低温(30℃)来监测在所述核心体温后缺血发病前缺血发作诱导10分钟,并保持1小时[16]。虽然我们没有直接监测大脑的温度,我们以前观察到的直肠温度和脑温在低温实验研究[之间的高相关性21]。我们应该补充的是,由于正常体温的大鼠在闭锁期间大脑温度自发下降,核心温度可能不能准确反映大脑温度[2,31]。即便如此,我们没有实验调整,以尽量减少引进可以人为因素,这可能会加重缺血性损伤,一旦大脑加热在脑部温度的任何潜在的变化。我们的研究结果表明,低温降低梗塞面积与中风后第2天相比常温超过80%(图图1(a))16]。由于一些神经保护提供瞬态保护,我们还测量了脑损伤2个月后,发现60天2天类似的保护作用(图1 (b)),表明低温降低在长期的缺血性损伤,而不是仅仅延缓其出现。这种保护作用是通过低温对中风后的行为缺陷,这表明低温提高最多的神经机能2个月[作用进一步增强16]。
(一个)
(b)中
然后,我们用这个模型来研究相关的PI3K / Akt的细胞信号通路的基本保护机制[16]。的PI3K / Akt激酶途径是已知的,以促进神经元存活缺血后(通过审查[32])图2。Akt的活性是通过磷酸化的Ser-473和Thr-308经由上游分子调节,如PDK1和PTEN。虽然激活PDK-Akt磷酸化,PTEN激活Akt的去磷酸化。激活的Akt然后块胱天蛋白酶/细胞色素C介导的凋亡通过磷酸化的Akt底物,如FKHR和GSK3β。在我们的研究中,中风导致磷酸化Akt (P-Akt)水平短暂升高,但导致PTEN、PDK1、GSK3的磷酸化水平降低β和FKHR [16]。然而,体外Akt激酶测定表明真正的Akt活性中风后下降。虽然低温阻断中风后增加P-Akt蛋白,它保持真实Akt活性。此低温维持的活性的功能性作用是由发现的支持的PI3K / Akt的抑制剂,LY294004,在低温的动物放大梗塞大小。此外,低温衰减中风发作后P-PTEN的下降。总之,我们的研究结果表明,PI3 / Akt信号通路发挥在intraischemic中度低温中观察到的神经保护的关键作用[16]。
我们也研究了两种关键部件的潜在作用的蛋白激酶C(PKC)途径:δPKC [24),εPKC [23]。δPKC是在执行的缺血性损伤,同时强烈地牵涉激酶εPKC具有神经保护作用[33]。我们发现,intraischemic低温(30℃)块易位δPKC线粒体和细胞核,并衰减δPKC劈理(24,但它促进εPKC活性,就证明增加εPKC磷酸化水平[23]。因此,我们的研究结果表明,这两个δPKC和εPKC可能参与缺血中低温的保护作用。
3.在局部再灌注的严重缺血模型中,33℃的亚低温不能起到保护作用
在我们的第二项研究中,我们比较温和(33℃)的保护作用和中度低温(30℃)[19或在CCA咬合期间或之后短暂诱导,或在CCA咬合期间和之后维持。对于中风模型,我们将双侧CCA闭塞时间从1小时延长到2小时,而远端MCA仍保持闭塞(图)3)19]。在两种温度下的低温持续时间期间或CCA闭塞或期间和CCA结扎后,4小时后要么2小时。我们发现,期间或CCA结扎后或者诱导2小时轻度低温(33℃)的没有提供保护[19]。这是出乎意料的,因为我们以前的研究表明,2小时intraischemic低温(33℃)的在2小时的MCA闭塞缝合模型大鼠[减小梗塞面积14]。此外,范德WORP等。[29之前的研究已经报道,即使在35℃,当低体温在MCA闭塞之前或开始时开始,梗死的发生也会显著减少,其保护作用并不明显依赖于时间。
在我们的研究中,但是,在和CCA释放后小幅应用4小时轻度低温,但显著,由22%减少梗塞面积。当我们进一步降低低温从33℃至30℃,CCA闭塞2小时期间温和低温的增强的保护,46%显著降低梗塞大小(图3)。尽管如此,亚低温另外的2小时(4小时总数)并没有提供额外的保护,这表明延长温和低温的效果有限期间和CCA释放之后施加[19]。
使用共聚焦显微镜和Western blotting,我们发现当缺血低温降低梗死面积时,细胞色素c和凋亡诱导因子(AIF)的亚细胞转位在缺血半暗区被阻断。然而,当低温(缺血或延迟轻度低温)不能缩小梗死面积时,未观察到这些促凋亡因子的影响[19]。这表明细胞色素c和AIF释放的抑制对应于低温的保护作用。
亚低温4.有限的治疗时间窗(30℃)在大鼠脑缺血,具有完整的再灌注
比较严重的缺血模型永久远端大脑中动脉栓塞既轻度和中度低温的保护作用后,我们并没有乐观地认为,轻度低温(33℃)可实现保护功能。因此,我们在一个短暂性局灶性脑缺血模型聚焦的治疗时间窗上对中度低温(30℃)为1小时CCA和远端MCA闭塞,它允许再灌注完成(图的4)18]。我们的目的是确定在一个不太严重的缺血模型中短暂的中度体温降低的潜在治疗时间窗。我们发现,在中风发生后立即进行3小时的中度低温治疗,几乎可以避免所有的梗死(图)图4(b)), CCA闭塞后45分钟诱导早期3小时的中度低温治疗明显减少了80%以上的梗死,而再灌注后15分钟开始的延迟低温治疗并不能防止缺血损伤(图)图4(b))18]。总之,这些结果表明了一个简短的,适度的低温极短的治疗时间窗。
(一个)
(b)中
我们对治疗时间窗研究是由低温的短短的3小时时间限制。它很有可能是体温过低的延迟发作会一直保护,如果已经使用延长体温过低。例如,Colbourne等。发现延长低温(24小时的33℃下加24小时35℃)缺血鲁棒地减少梗死体积发作后开始2.5小时,在大鼠中以90分钟的MCA闭塞衰减行为缺陷的局灶性缺血模型[34]。克拉克等人。报告说,低温(33℃)持续12,24,或48小时,需要减小梗塞面积和提高功能的结果,当低温被永久远端MCA和CCA结扎后提起1小时,并且延长低温(24或48小时)中的溶液短于低温更好(12小时)[35]。此外,开始1小时缺血后延迟低温似乎需要长时间的(12至24小时),以产生持久的仅5分钟甚至全球缺血保护[36]。因此,在我们的研究中,有限的缺血后低温治疗效果可能是特定于我们实验室的实验设置。
与它的保护作用,早期低温,但不被延迟体温过低,受阻TUNEL阳性染色,细胞凋亡或细胞死亡[标记一致18]。此外,我们发现与正常体温相比,早期低体温降低了超氧化物的产生。然而,早期和延迟的低体温都减弱了Mn-SOD蛋白水平的降低δPKC裂解缺血半暗带,表明两者的Mn-SOD和δPKC裂解可能并不负责早期和延迟低温的差动保护作用[18]。此外,早期和延迟低温保存的Akt磷酸化。尽管如此,只有早期低温,但不被延迟体温过低,维持PTEN磷酸化(P-PTEN)[18],提示P-PTEN可以通过ROS活动的衰减起到早期亚低温的保护作用的关键作用。
5.讨论
正如我们所讨论的那样,在实验室中进行低温研究导致临床研究的脑缺血。这种方法显著的热情仍然存在于科学界。一些初步的临床试验(主要是一期)确认的可行性和诱导亚低温对中风患者的安全性已经完成,和几个II期临床试验正在进行中(http://clinicaltrials.gov/)。然而,无论是轻度至中度低温可以成功转换临床上,或者,如果成功,这将花费多长时间还有待确定。
我们的基本使用研究动物模型的目的是为临床提供翻译的理由,虽然我们不能从实验室到临床试验直接外推的设置。如前所述,我们的实验室实验,由于低温的短短3小时的时间,这对对比人体临床试验,其中低温可能持续数天的限制。此外,我们的研究中所使用的梗死面积作为评价低温的保护作用,而不是神经功能的标准,因为往往在临床研究中的情况。尽管有这些限制,我们的研究结果作为为我们寻求低温转化到临床,我们必须面对持续的挑战的警告。
首先,从我们的研究中最引人注目的令人失望的结果是低温的有限的保护作用,包括轻度低温和中度低温短治疗时间窗。如果这些意见是真实的,引起的体温过低的成功临床转化可能被证明是比预期的实现变得更加困难。
例如,我们证明前缺血发作不能降低与永久远端MCA闭塞和再灌注局部时双边CCA释放一个局部缺血模型的梗塞面积诱导,即使亚低温(33℃)。这种模式可能比MCA线栓与大多数实验室使用的再灌注模型更严重,但我们没有理由相信它比人类中风更严重。如前所述,许多中风患者从永久性脑动脉堵塞苦无再灌注。为了实现保护,甚至我们的实验性脑缺血模型所需的减少intraischemic低温30℃,或延长亚低温超越CCA释放。然而,在临床试验中中风发作前申请intraischemic低温几乎是不可能的,并引起脑卒中患者体温超过33°C至30°C是非常困难的。临床试验经常使用温和的,而不是中度低温,而且显著需要较长的时间相比,在动物模型实验性卒中达到目标温度。
然而,正如我们以前审查[6,其他研究表明,即使在永久性MCA闭塞模型中,缺血内的亚低温也能产生保护作用,这与我们最近的研究形成对比。我们的负面发现可能只是反映了我们的特定环境和使用了一种独特的模式。
二,亚低温治疗时间窗中风后的极窄发作,甚至在1小时的局灶性缺血模型。为了达到保护3小时亚低温必须引起早在中风发作后45分钟一个30分钟的延迟渲染亚低温无效。再次,这是极不可能的,大多数中风患者可以1小时中风发作的内收到低温治疗。在大多数的临床研究中,轻度到中度低温启动了中风后迟5至6小时,一到几个小时都需要达到目标温度[37,38]。此外,患者可能没有再灌注损伤,或有再灌注损伤,它可以在很晚的阶段发生。
我们在底层的保护机制研究也可能提供一些替代的线索或申请临床试验。举例来说,我们证明了低温通过保留Akt活性和PTEN的磷酸化,并通过抑制ROS活性可减小梗塞面积。如果可能的话,药理学试剂可以开发改进的Akt活性,同时抑制PTEN活性或减弱的ROS产生,并且可以与诱导的低温组合使用这样的药理学试剂。
综上所述,尽管混杂问题,实验室研究为临床应用低温治疗急性中风的治疗提供了强有力的理由。在临床环境中,需要一些关键的变量要考虑,包括低温,其深度的发病时间,研究了笔划是否包括灌注。早期再灌注和快速启动低温应使用,以达到最大的保护。
致谢
作者要感谢辛迪H.萨莫斯女士稿件援助。这项研究是由R01NS 064136(赵令欢)和R21057750(赵令欢),NINDS授予R01 NS27292(G.斯坦伯格)的支持。
参考
- R.布斯托阿西,W. D.迪特里希,M. Y.梅核气,和M. D.金斯伯格,“在脑缺血损伤脑部温度的重要性,”中风第20卷,no。8,第1113至1114年,1989。查看在:谷歌学术
- R. Busto, W. D. Dietrich, M. Globus, I. Valdes, P. Scheinberg,和M. D. Ginsberg,“脑缺血温度的微小差异关键地决定了缺血神经元损伤的程度,”杂志脑血流 - 代谢卷。7,没有。6,第729-738,1987。查看在:谷歌学术
- 心脏骤停后的低温研究小组,“温和的低温治疗改善心脏骤停后的神经系统结果,”《新英格兰医学杂志》上卷。346,没有。8,第549-556,2002。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- P. D.格鲁克曼,J.S。悦,D.阿泽帕迪等人,“选择性的头新生儿脑病后轻度全身低温冷却:多中心随机试验中,”柳叶刀卷。365,没有。9460,第663-670,2005。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- S. Shankaran, A. R. laptake, R. A. Ehrenkranz等,“新生儿缺氧缺血性脑病的全身低温治疗”,《新英格兰医学杂志》上卷。353,没有。15,第1574至1584年,2005年。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- H. Zhao, G. K. Steinberg, R. M. Sapolsky,“在减轻脑缺血损伤方面,轻度-中度低温的一般与特定作用,”杂志脑血流 - 代谢第27卷第2期12, 1879-1894, 2007。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- G. F.哈曼,D. Burggraf,H. K. Martens等人,“轻度至中度低温防止微血管基础实验局灶性脑缺血椎板抗原损失,”中风第35卷,no。3, 2004年第764-769页。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- 黄福平,周丽芳,杨桂英,“亚低温对大鼠局灶性脑缺血再灌注的影响”,神经学研究第20卷,no。1, 57-62页,1998年。查看在:谷歌学术
- F.黄宗智,L. F.周和G Y.杨“期间区域谷氨酸及甘氨酸释放亚低温对延长脑缺血大鼠”神经化学研究第23卷,no。1998年,第991-996页。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- “再通对缺血性中风结果的影响:一项荟萃分析”,j.h. Rha和j.l. Saver著。中风卷。38,没有。3,第967-973,2007。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- M. Saqqur,G. Tsivgoulis,C. A. Molina等,“症状脑出血和再通后IV RT-PA的多中心研究中,”。神经学卷。71,没有。17,第1304-1312,2008年。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- T. M. Hemmen,R.拉曼,K. Z. Guluma等人,“静脉溶栓加低温对于急性治疗缺血性中风(猝发-L)的:最终结果”。中风卷。41,没有。10,第2265年至2270年,2010。查看在:谷歌学术
- E. H. Lo和G. K.斯坦伯格,“上诱发电位,磁共振成像,并且在兔局灶性缺血血流低温对,”中风第23卷,no。6,第889-893,1992。查看在:谷歌学术
- M. M. Maier, K. V. B. Ahern, M. L. Cheng, J. E. Lee, M. a . Yenari, G. K. Steinberg,“短暂性脑缺血局灶模型中亚低温的最佳深度和持续时间:对神经系统结果、梗死大小、细胞凋亡和炎症的影响,”中风卷。29,没有。10,第2171年至2180年,1998年。查看在:谷歌学术
- 张中,R. A. Sobel, D. Cheng, G. K. Steinberg, M. A. Yenari,“轻度低温增加脑缺血后Bcl-2蛋白表达,”分子脑研究,第95卷,no。1-2,第75-85页,2001。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- 赵令欢,T. Shimohata,J. Q. Wang等人,“通过对大鼠脑缺血低温Akt蛋白有助于神经保护”神经科学杂志》上卷。25,没有。42,第9794-9806,2005年。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- H.召,M.A. Yenari,R. M.萨波尔斯基,和G. K.斯坦伯格,“轻度缺血后低温延长用于基因治疗的时间窗口通过抑制细胞色素C的释放,”中风第35卷,no。2,第572-577,2004。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- S. M.李,H.召,C. M.麦尔,和G. K.斯坦伯格,“与大鼠中风自由基抑制PTEN磷酸化相关因素早期低温的保护作用,”杂志脑血流 - 代谢卷。29,没有。9,第1589年至1600年,2009年。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- 赵令欢,王J.,T Shimohata等人,“低体温在永久性大脑中动脉闭塞的大鼠模型凋亡途径保护的条件和效果,”中华神经外科杂志卷。107,没有。3,第636-641,2007。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- S. T.陈,C. Y.许,E.L。霍根,H. Maricq和J. D.巴伦坦,“在大鼠局部缺血性中风的模型:再现的广泛皮层梗死,”中风卷。17,没有。4,第738-743,1986。查看在:谷歌学术
- 赵令欢,M. A. Yenari,郑D.,O. L.巴雷托昌,R. M.萨波尔斯基和G. K.斯坦伯格,“Bcl-2的转染通过单纯疱疹病毒块凋亡诱导大鼠脑缺血再因素易位”脑血流与代谢杂志卷。24,没有。6,第681-692,2004。查看在:谷歌学术
- H.召,M.A. Yenari,D.程,R. M.萨波尔斯基,和G. K.斯坦伯格,“Bcl-2的过表达保护免受缺血性裕度内的神经元损失以下实验性卒中和抑制细胞色素C的易位和caspase-3的活性,”神经化学杂志的第85卷,no。2003年,第1026-1036页。查看在:谷歌学术
- T. Shimohata, H. Zhao,和G. K. Steinberg,“Epsilon PKC可能有助于大鼠局灶性脑缺血模型的低温保护作用,”中风卷。38,没有。2,第375-380,2007。查看在:谷歌学术
- T. Shimohata,H.召,J. H.宋,G.太阳,D. Mochly-罗森,和G. K.斯坦伯格,“后局灶性脑缺血有助于低温的保护作用deltaPKC活化的抑制,”脑血流与代谢杂志第27卷第2期8,第1463至1475年,2007年。查看在:谷歌学术
- 十,高,任C.和赵令欢,“以渐进的再灌注或预处理相比,缺血后处理的保护作用,”神经科学的研究卷。86,没有。11,页。2505年至2511年,2008年。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- H.召,R. M.萨波尔斯基,和G. K.斯坦伯格,“打断再灌注作为中风疗法:缺血后处理降低大鼠中局部缺血后的梗塞面积,”脑血流与代谢杂志,26卷,不。2006年,第1114-1121页。查看在:谷歌学术
- T. M. Hemmen和P. D. Lyden,《急性缺血性中风后的体温降低》,杂志上的创伤,26卷,不。3,第387-391,2009。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- H. B.范德WORP,M. R.麦克劳德和R. Kollmar,“急性缺血性脑卒中治疗的降低体温:准备开始大规模的随机临床试验,”杂志脑血流 - 代谢卷。30,没有。6,第1079至1093年,2010。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- H. B.范德WORP,E. S.塞纳,G. A.唐南,D·W·豪威尔和M. R.麦克劳德,“低温治疗急性缺血性中风的动物模型的系统评价和荟萃分析,”脑卷。130,没有。12,第3063-3074,2007年。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- M. A. Yenari和T. M. Hemmen,《脑缺血的低温治疗:我们从何而来,又将何去何从》中风卷。41,第S72-S74,2010。查看在:谷歌学术
- H. Minamisawa, C. H. Nordstrom, M. L. Smith,和B. K. Siesjo,“轻度身体和大脑低温对缺血性脑损伤的影响,”杂志脑血流 - 代谢卷。10,没有。3,第365-374,1990。查看在:谷歌学术
- H.召,R. M.萨波尔斯基,和G. K.斯坦伯格,“磷酸肌醇3-激酶/ Akt信号的存活信号传导途径牵涉在中风后神经元的存活,”分子神经生物学卷。34,没有。3,第249-269,2006年。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- R.明亮D. Mochly - 罗森,“蛋白质的作用在脑缺血再灌注损伤激酶C,”中风卷。36,没有。12,页。2781年至2790年,2005年。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- F. Colbourne,D.科贝特,Z.赵,杨J.和A. M.巴肯,“但长期缺血后延迟体温:大鼠大脑中动脉闭塞模型中的长期结果研究”杂志脑血流 - 代谢第20卷,no。12,第1702-1708页,2000。查看在:谷歌学术
- D. L. Clark, M. Penner, I. M. Orellana-Jordan, F. Colbourne,“系统性低温治疗12、24和48小时对永久性局灶性缺血大鼠结果的比较”,实验神经学卷。212,没有。2,第386-392,2008。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- F. Colbourne和D科贝特,“延迟和长时间缺血后低体温是神经保护沙鼠,”脑研究卷。654,没有。2,第265-272,1994。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- H.巢穴赫托格,B.范德瓦WORP,M.面包车Gemert,和D. Dippel“在急性缺血性中风的治疗体温过低,”神经疗法的专家评论卷。7,没有。2,第155-164,2007。查看在:出版商的网站|谷歌学术
- d·w·克里格,s·施瓦布和l·p·卡默斯加德,局灶性脑缺血:临床研究,施普林格,柏林,德国,第1版,2005年。
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