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兴奋性氨基酸(EAA)引起的兴奋毒性是糖尿病视网膜病变〔1〕、青光眼、视网膜变性等疾病的视网膜神经元损伤及死亡的主要机制之一。体内研究表明,视网膜的兴奋毒性主要由N甲基D天冬氨酸(NmethylDaspartate,NMDA)受体介导〔2〕。牛磺酸(Taurine)是视网膜含量最丰富的游离氨基酸,近年来发现,牛磺酸可以保护培养的小脑颗粒细胞对抗兴奋毒性损伤〔3〕。本实验通过在大鼠玻璃体内注射NMDA制备视网膜兴奋毒性损伤模型,观察牛磺酸对NMDA诱导的视网膜组织结构及超微结构损伤的保护作用。
1、材料与方法
11实验动物及视网膜NMDA兴奋毒性损伤动物模型的建立成年雄性SpragueDawley大鼠20只,体质量200~250g(第三军医大学野战外科研究所实验动物中心),实验动物质量合格证号:SCXK(军)2002008。大鼠腹腔注射速眠新注射液01ml/100g(长春军需大学兽医研究所)麻醉,5%托品酰胺散瞳,1%利多卡因进行角膜表面麻醉,用微量注射器从颞上方巩膜距角膜缘外3mm处进针,见针尖到达玻璃体中后部后,缓慢注入5μl4mmol/L的NMDA〔2〕。洁霉素滴眼预防感染。眼瞎大鼠弃去。
12实验分组20只大鼠按随机数字表法分为4组:(1)正常对照组;(2)NMDA组;(3)NMDA+牛磺酸干预组;(4)磷酸盐缓冲液(PBS)对照组;每组5只大鼠。正常对照组不进行任何处理;NMDA组为上述模型组;牛磺酸干预组于眼内注射NMDA前1h及其后每天腹腔注射牛磺酸(25mg/kg〔4〕),共注射3d;PBS对照组于玻璃体内注射5μl01mol/LPBS。玻璃体注射后第4d观察指标变化。NMDA、牛磺酸(美国Sigma公司),用无菌01mol/LPBS稀释。
13视网膜组织病理学观察及视网膜厚度测量腹腔注射2ml/100g03%戊巴比妥钠处死大鼠,迅速摘取右眼,去除前节、晶状体及玻璃体,将眼杯用10%福尔马林固定,常规石蜡包埋,经视乳头切片(5μm),苏木精伊红(HE)染色,观察视网膜组织结构并照相,LEICAQWIN图像分析软件于距视乳头中心15mm处双侧测量视网膜全层及视见网膜内层(包括内核层、内网状层、节细胞层和神经纤维层)厚度,每只眼球取6张切片,每组5只大鼠结果求平均值。
14视网膜超微结构观察按前法处死大鼠,摘取左眼,将眼杯迅速置于4℃预冷的3%戊二醛固定,常规1%钅我酸固定,系列丙酮脱水,环氧树脂浸透包埋,经光镜定位后行超薄切片,于TENCAI10PHILIPS透射电镜下观察视网膜各层细胞的超微结构。
15统计分析采用SPSS统计软件处理,组间比较用单因素方差分析。
2、结果
21视网膜组织病理结构改变及视网膜厚度测量
HE染色及视网膜厚度测量结果显示,玻璃体内注射NMDA后第4d,与未注射眼视网膜相比,视网膜总厚度变薄(P<0001),尤以视网膜内层厚度变薄明显(P<0001),节细胞数有减少,而视网膜内、外段及外核层改变不明显。牛磺酸干预使视网膜总厚度(P=0017)及内网状层厚度(P=0001)较模型组增厚,节细胞的丢失减少。表明牛磺酸干预可有效保护NMDA兴奋毒性对视网膜组织病理结构改变。
22玻璃体注射NMDA及牛磺酸干预对视网膜超微结构的影响透射电镜观察发现,玻璃体注射NMDA后第4d,视网膜内核层细胞及节细胞超微结构发生改变。镜下可见,NMDA组:视细胞胞体无明显病变,色素上皮细胞及盘膜正常,内核层神经元线粒体中、重度肿胀,嵴消失甚至空泡样变,内质网严重扩张(图1),节细胞部分轴突明显肿胀,视神经纤维明显肿胀甚至解体(图2),整个内核层神经元及节细胞表现为变性改变。牛磺酸干预组:内核层细胞有轻度线粒体肿胀及内质网扩张,节细胞超微结构正常,仅部分节细胞见轻度线粒体肿胀和内质网扩张(图3),视神经纤维层轴突肿胀不明显,牛磺酸组超微结构改变较NMDA组明显减轻。
NMDA组的内核层细胞(×7000)(略)
牛磺酸干预组的节细胞(×7000)(略)
NMDA组视神经纤维层(×4200)(略)
牛磺酸干预组视神经纤维层(×2900)(略)
3、讨论
目前认为EAA引起的兴奋毒性是糖尿病视网膜病变、青光眼、视网膜缺氧等的视网膜神经元死亡的主要机制之一。研究表明〔2〕,视网膜内层神经元的兴奋毒性损伤主要由对NMDA受体的过度刺激引起,NMDA受体的各亚单位在视网膜主要见于内网状层的突触后神经元,即无足细胞和节细胞〔5〕。Lam等〔6〕用玻璃体内注射NMDA的大鼠模型发现,注射18h后内核层和节细胞层出现大量细胞凋亡。腹腔注射NMDA受体拮抗剂-MK801能有效预防NMDA对视网膜细胞的损伤〔7〕。将NMDA受体拮抗剂用于预防视网膜兴奋毒性是一种值得探索的方向,但由于NMDA受体同时介导许多正常的生理功能,其拮抗剂用于人体可能对中枢神经系统产生多种副作用,使其临床应用受到限制〔8〕。牛磺酸是一种正常存在于人体多种组织的游离氨基酸,目前公认牛磺酸是一个调节及降低神经细胞内Ca2+水平的强有力因子〔9〕。有研究提示,牛磺酸可通过防止或降低谷氨酸诱导的胞内Ca2+水平的升高而保护培养的大脑神经元〔3〕。我们研究发现,牛横酸可保护大鼠糖尿病视网膜病变的组织结构及超微结构损伤〔10〕。本实验发现,牛磺酸在体内可拮抗NMDA兴奋毒性对视网膜组织结构及超微结构的损伤。由于目前未发现较高剂量的牛磺酸摄入对人体有负面影响,提示将其用于预防EAA兴奋毒性引起的视网膜神经元损伤可能有较好的临床应用前景。