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.2012年1月;35(2):221-32.
doi:10.1111/j.1460-9568.2011.07950.x。 Epub 2011年12月30日。

脑源性神经营养因子和神经营养素-3对截瘫大鼠后肢功能的影响

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脑源性神经营养因子和神经营养素-3对截瘫大鼠后肢功能的影响

瓦妮莎·S·博伊斯等。 欧洲神经学杂志. 2012年1月.
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摘要

我们比较了病毒给药脑源性神经营养因子(BDNF)或神经营养素3(NT-3)对完全性胸段(T10)脊髓横断损伤成年大鼠运动恢复的影响,以确定慢性神经营养素表达对脊髓可塑性的影响。在损伤时,BDNF、NT-3或绿色荧光蛋白(GFP)(对照)通过腺相关病毒(AAV)构建物输送到损伤部位。AAV-BDNF在诱导运动方面明显优于AAV-NT-3。事实上,经AAV-BDNF治疗的大鼠在没有活动跑步机的帮助和没有台阶训练的情况下,在一个固定的平台上展示了脚底、重量支撑的后肢。尽管提供了平衡支持,但接受AAV-NT-3或AAV-GFP的大鼠在这项任务中仍无法行走后肢。AAV-NT-3治疗确实促进了踏车辅助踏步的恢复,但这需要持续的会阴刺激。此外,经AAV-BDNF治疗的大鼠对毒性热敏感,而经AAV-NT-3治疗和经AAV-GFP处理的大鼠则不敏感。值得注意的是,经AAV-BDNF治疗的大鼠也出现了后肢痉挛,通过当前的病毒传递方法降低了其潜在的临床适用性。小腿三头肌运动神经元的细胞内记录显示,AAV-BDNF显著降低了运动神经元的流变酶,表明AAV-BDNF通过增强神经元的兴奋性促进了地面踏步的恢复。AAV-BDNF治疗后位于L2中间区的中间神经元的核c-Fos表达升高,表明运动中枢模式发生器附近的中间神经元激活增加。AAV-NT-3治疗降低了运动神经元的兴奋性,但c-Fos表达几乎没有变化。这些结果支持BDNF在损伤部位传递以重组运动回路的潜力。

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数字

图1
图1
病变完整性验证。对病变下方VLF的刺激在记录的MG运动神经元中产生EPSP(a)。在损伤部位(B)上方进行VLF刺激时未观察到任何反应。通过胸部病变部位的水平切片的Nissl/髓磷脂染色显示病变腔内没有多余的有髓纤维(C)。校准脉冲–2 mV,2 ms。虚线表示病变边缘。比例尺–500μm。
图2
图2
GFP(绿色)在AAV-GFP对照大鼠L2(A-C)和L5(D-I)脊髓中的定位。运动神经元用ChAT染色(红色)。在L2中,观察到GFP阳性运动神经元(C;箭头)和其他ChAT阴性细胞(A–C,星号)。L2中也存在大量GFP阳性纤维(C;箭头)。在这些动物的L5中未观察到GFP阳性运动神经元(D-F);然而,GFP阳性纤维(F–I;箭头)和细胞(I;箭头。比例尺–50μm。
图3
图3
在同一只大鼠中用Hargreaves试验测量Tx后和Tx前热伤害阈值的比率。注意,接受AAV–BDNF治疗后,后肢拔出潜伏期显著降低。AAV–NT-3和AAV–GFP不影响热阈值。
图4
图4
AAV–BDNF促进成年脊髓横断大鼠的过度踏步,但AAV–NT-3没有促进。显示了一步(A–C)的运动行为视频静态图像,以及AAV–BDNF治疗和AAV–NT-3治疗(E–G;H)大鼠离开走道(D)时的运动行为。经AAV–BDNF治疗的大鼠能够在地面上进行重量支撑的足底踏步(A和D箭头所示)。相反,AAV–NT-3治疗的大鼠在走道上行走时拖着后肢(E和H中的箭头)。足迹分析表明,在Tx(I)之前,前肢(RF和LF)和后肢(RH和LH)的位置呈交替模式。在经AAV–BDNF治疗的大鼠(J)中,虽然动物的躯干轻微向左扭转,前肢-后肢协调性缺失,但后肢的使用恢复了(箭头所示)。在AAV–NT-3治疗的大鼠(K)中只观察到前肢的使用。不同治疗组的足底指数(插图,L)表明,AAV–GFP对照组和AAV–NT-3治疗组大鼠不能足底踏步(足底指数=0),而所有AAV–BDNF治疗组的大鼠的足底踏足指数均为非零。如有可能,还显示了c-Fos阳性核的数量(插图,L)。右前肢;左前肢;右侧,右后肢;左侧,左后肢。
图5
图5
(A) 脊髓横断大鼠(Tx后6周)在跑步机以15 cm/s的速度运动期间,后肢10步的运动学。在没有会阴刺激的情况下,(A)经AAV–BDNF治疗的大鼠比经AAV-NT-3治疗或AAV–GFP对照的大鼠后肢足底台阶明显更长。通过会阴刺激(B),AAV–NT-3处理的大鼠在所有三个时间点的足底步长都显著改善,而AAV–GFP处理的大鼠的足底步长则暂时改善。代表性AAV–NT-3治疗大鼠的MTP关节的运动范围显示,在没有会阴刺激的情况下,无法进行足底踏步(C)。然而,在会阴刺激下,MTP关节的屈曲恢复(D),大鼠能够足底踏步。(10步的平均值±标准偏差)。
图6
图6
Rh(A)、AHP振幅(B)和归一化单突触EPSP振幅(C)的累积频率分布。分布的左移表明,与AAV–GFP治疗的大鼠相比,AAV–BDNF治疗大鼠运动神经元中的Rh降低。右移表明AAV-NT-3(A)对运动神经元Rh的作用相反。AAV–NT-3治疗大鼠AHP振幅降低(左移)(b)。在AAV–NT-3治疗的大鼠(C)中观察到正常化EPSP振幅略有增加(向右移位)。
图7
图7
L2和L4/L5中c-Fos免疫活性的比较。与AAV–NT-3治疗组(B)或AAV–GFP对照组大鼠相比,用AAV–BDNF(A)治疗的大鼠显示出更多的c-Fos阳性细胞核。这些细胞核集中在L2(C)和L4/L5(D)的背层和中间层。L2的中间灰质中c-Fos阳性核的数量明显多于L4(E)。*表示各组之间存在显著差异。文中给出了进一步的统计细节。比例尺–200μm。

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