引用本文: 陈渝, 邓忠良, 翁政, 陈诗谋, 童伟. NGF/MAG双基因共表达腺病毒修复大鼠周围神经损伤的实验研究. 中国修复重建外科杂志, 2016, 30(8): 1026-1033. doi: 10.7507/1002-1892.20160206 复制
髓磷脂相关糖蛋白(myelin associated glycoprotein,MAG)是髓磷脂的重要组成部分,是神经轴突再生的强力抑制因子。研究显示,在慢性压缩性神经损伤诱发的神经轴突萌芽中MAG表达下降[1]。体外实验发现,MAG不仅抑制神经轴突生长,也能有效降低周围神经损伤后轴突异常分支形成[2]。NGF可有效促进神经生长,但新生神经组织结构紊乱,神经功能恢复差[3-4]。能否通过NGF与MAG二者协同作用,达到既促进受损神经组织修复,又抑制神经轴突异常增生,从而促进神经组织结构修复和功能重建,目前尚罕见相关报道。本研究拟构建NGF/MAG双基因共表达腺病毒(adenovirus exp res sing NGF and MAG,Ad-NGF-MAG),探讨其在大鼠坐骨神经损伤修复与再生中的作用。报告如下。
1 材料与方法
1.1 实验动物及主要试剂、仪器
雄性SD大鼠37只,体质量180~200 g,由重庆医科大学实验动物中心提供。人HEK293细胞株由重庆医科大学病理生理研究室提供。
5型腺病毒穿梭质粒pCA13、骨架质粒pBHGE3(Microbix Biosystems公司,加拿大);核酸限制性内切酶XbaⅠ、NheⅠ、BamHⅠ、SalⅠ、EcoRⅠ、ClaⅠ以及T4 DNA连接酶(TaKaRa公司,日本);溶菌酶、氯化铯(Sigma公司,美国);Taq DNA聚合酶(Promega公司,美国);丙烯酰胺、N’N’-亚甲基双丙烯酰胺、Tris-base、甘氨酸、SDS(Amresco公司,美国);琼脂糖凝胶(BIOWEST公司,法国);Trizol、脂质体LTX and Plus(LIPOFECTAMINETM LTX and Plus Reagent)RNase A、M-MLV Reverse Transcriptase、Ribonuclerase Inhibitor、Lipofectamine2000转染试剂(Invitrogen公司,美国);TritonX-100(Fluka公司,美国);Anti-MAG(ab89780)、Anti-NGF(ab6199)一抗(Abcam公司,英国);anti-β-GAPDH一抗(ProteinTech公司,美国);DL2000、DL15000、MarkerⅢ、质粒小量提取试剂盒和大量提取试剂盒、DNA快速纯化回收试剂盒[天根生化科技(北京)有限公司];山羊抗兔二抗(北京中杉金桥生物技术有限公司);EasyPfu DNA Polymerase(北京全式金生物技术有限公司);BCA蛋白浓度测定试剂盒[威格拉斯生物技术(北京)有限公司]。
冷冻台式离心机(Hettich公司,德国);MJ PTC-100型PCR仪(东胜创新生物科技有限公司);CO2培养箱、Nanodrop 1000型分光光度计(Thermo Scientific公司,美国);—80℃冰箱(Sanyo公司,日本);TE2000-U显微镜(Nikon公司,日本);BX51显微镜(Olympus公司,日本);JEM1230透射电镜(JEOL公司,日本);MYTO肌电图仪(Esaote公司,意大利);HPIAS-1000高清晰度彩色病理图像分析系统(武汉长海科技有限责任公司);电泳仪(北京市六一仪器厂)。引物合成、测序均由上海生工生物工程有限公司完成。
1.2 构建Ad-NGF-EGFP和Ad-NGF-MAG-EGFP质粒
1.2.1 pCA13-SV40 promoter-EGFP质粒构建
通过PCR扩增分别得到XbaⅠ-SV40 promoter-NheⅠ和NheⅠ-EGFP-BamHⅠ,用XbaⅠ和NheⅠ双酶切SV40 promoter,用NheⅠ和BamHⅠ双酶切EGFP,并用XbaⅠ和BamHⅠ双酶切pCA13。将SV40 promoter和EGFP同时连接至pCA13,得到pCA13-SV40 promoter-EGFP质粒,并酶切鉴定。
1.2.2 pCA13-NGF-EGFP质粒构建
通过PCR扩增得到SalⅠ-NGF-EcoRⅠ,用SalⅠ和EcoRⅠ双酶切NGF。用SalⅠ和EcoRⅠ双酶切pCA13-SV40 promoter-EGFP质粒。将NGF连接至pCA13-SV40 promoter-EGFP,得到pCA13-NGF-EGFP质粒,并酶切鉴定。
1.2.3 大鼠MAG基因扩增
取5只SD大鼠坐骨神经,提取mRNA,逆转录为cDNA,使用高保真Taq酶扩增MAG基因;l%琼脂糖凝胶电泳及基因测序观察。
1.2.4 pCA13-NGF-MAG-EGFP质粒构建
通过PCR扩增分别得到EcoRⅠ-IRES-ClaⅠ和ClaⅠ-MAG-XbaⅠ,用EcoRⅠ和ClaⅠ双酶切IRES,用ClaⅠ和XbaⅠ双酶切MAG。用EcoRⅠ和XbaⅠ双酶切pCA13-NGF-EGFP质粒。将IRES和MAG同时连接至pCA13-NGF-EGFP后,得到pCA13-NGF-MAG-EGFP质粒,并酶切鉴定。
1.2.5 Ad-NGF及Ad-NGF-MAG包装、鉴定、纯化及滴度测定
将pCA13-NGF-EGFP、pCA13-NGF-MAG-EGFP质粒及骨架质粒pBHGE3用Lipofectamine 2000共转染HEK293细胞株扩增,分离获得Ad-NGF及Ad-NGF-MAG,提取病毒DNA,并以其为模板,加入鉴定引物行PCR扩增,将PCR产物于1%琼脂糖凝胶电泳,凝胶图像分析仪上观察。
病毒包装后48 h,倒置荧光显微镜下观察HEK293细胞。然后,收集细胞,提取HEK293细胞mRNA,并以将其逆转录为cDNA,RT-PCR检测NGF和MAG mRNA表达;Western blot检测NGF和MAG蛋白表达。氯化铯密度梯度离心法纯化浓缩重组腺病毒Ad-NGF和Ad-NGF-MAG,经4℃,60 000×g高速离心6 h后,按Karbers公式计算病毒滴度。
1.3 动物模型建立及分组
取32只SD大鼠,随机分成4组(n=8):对照组、空病毒组(Ad组)、单独表达NGF组(Ad-NGF组)和共表达NGF和MAG组(Ad-NGF-MAG组)。
Ad组、Ad-NGF组及Ad-NGF-MAG组参考文献[4-5]方法制备大鼠坐骨神经损伤模型。大鼠腹腔注射5%戊巴比妥(40 mg/kg)麻醉,俯卧固定。无菌条件下于右后肢作长约2 cm斜切口,钝性分离皮下,沿股后外侧肌间隙钝性分离至腘上缘,显露右侧坐骨神经约2 cm。距梨状肌下缘0.8 cm处切断坐骨神经,在l0倍手术显微镜下以11-0无创尼龙针线缝合,关闭切口。对照组大鼠麻醉后暴露右侧坐骨神经,不作其他处理。
术后对照组于术侧腓肠肌注射生理盐水(100 μL),Ad组、Ad-NGF组和Ad-NGF-MAG组分别注射空腺病毒、Ad-NGF及Ad-NGF-MAG,剂量为1×108 PFU;隔天1次,共注射3次。所有大鼠均正常喂养。
1.4 观测指标
1.4.1 一般情况
术后观察大鼠步态、足趾溃疡发生情况及切口愈合时间。
1.4.2 坐骨神经功能指数(sciatic nerve function index,SFI)检测
1.4.3 神经电生理检测
术后31 d,参照文献[7]方法进行神经电生理检测。分离各组大鼠坐骨神经、腓总神经及胫前肌,于损伤处近端置入3个相距5 mm的刺激电极,由近到远分别标记为S1、S2、S3,刺激时使正极在神经干近端,于胫前肌肌腹中插入2个引导电极和1个接地电极。先在S1、S2处应用不同强度的电流刺激神经,记录刺激脉冲开始时到肌肉动作电位产生所需时间(刺激神经干诱发出动作电位的潜伏期)。同样再在S2、S3进行刺激和测定。按以下公式计算神经传导速度(nerve conductive ve loc ity,NCV),NCV=近端刺激点与远端刺激点的距离/(近端点刺激时诱发电位的潜伏期-远端点刺激时诱发电位的潜伏期)。同时记录诱发电位波幅。
1.4.4 RT-PCR检测NGF和MAG mRNA表达
以上检测完成后,各组大鼠以3.5%水合氯醛(1 mL/100 g)腹腔注射麻醉,固定于解剖台,剪开腹腔、胸腔和右心耳,左心室插管,脉冲灌注泵快速灌入生理盐水,待肝脏变白后用含3%中性甲醛、2%戊二醛的PBS灌注液(pH7.3)200 mL固定,无菌条件下切取坐骨神经吻合处及其远端1 cm组织。采用Trizol提取坐骨神经总RNA,逆转录为cDNA。设计NGF和MAG的扩增引物。引物序列:NGF上游引物:5’-TGTCCCTGAAGCCCACTG-3’,下游引物:5’-TCCTTGCCCTTGATGTCC-3’,扩增片段大小为375 bp;MAG上游引物:5’-GTGGCAGGAACGGAAGTA-3’,下游引物:5’-CATCCCGCATCCAAGTCA-3’,扩增片段大小为382 bp。PCR产物在1%琼脂糖凝胶电泳,90 V电压电泳,EB染色,凝胶数字扫描成像系统照相并测定条带积分吸光度(IA)值。
1.4.5 Western blot检测NGF和MAG蛋白表达
取1.4.4获得的各组部分神经标本,按照100 mg神经组织:1 mL细胞裂解液的比例,4℃冰浴匀浆,提取总蛋白,进行蛋白定量。每孔加入40 μg蛋白进行SDS-PAGE凝胶电泳,将分离后的蛋白条带转至硝酸纤维膜上,封闭液室温封闭2 h,按1:200分别加入兔抗鼠NGF多克隆抗体、兔抗鼠MAG多克隆抗体和兔抗鼠GAPDH多克隆抗体,37℃孵育2 h,PBST洗膜,按1:400加入二抗,37℃孵育2 h,化学发光试剂反应2 min,发光成像仪成像并测定条带灰度值。
1.4.6 组织学观测
取1.4.4获得的各组部分神经标本置于10%甲醛固定,常规石蜡包埋,纵行连续切片,片厚5 μm。常规HE染色,于镜下观察神经纤维层次、断端神经纤维再生及局部神经纤维髓鞘再生情况,非神经细胞、无髓和有髓神经轴突再生情况。采用HPIAS-1000高清晰度彩色病理图像分析系统,测量神经横切面轴突直径、髓鞘厚度,并行神经纤维计数。
1.5 统计学方法
采用SPSS13.0统计软件进行分析。数据以均数±标准差表示,组间比较采用方差分析,两两比较采用SNK检验;检验水准α=0.05。
2 结果
2.1 重组质粒及腺病毒鉴定
2.1.1 pCA13-SV40 promoter-EGFP鉴定
通过XbaⅠ和BamHⅠ双酶切pCA13-SV40 promoter-EGFP质粒得到大小为6 926 bp和1 110 bp的产物SV40 promoter与EGFP;通过NheⅠ和BamHⅠ双酶切pCA13-SV40 promoter-EGFP质粒得到大小为7 310 bp和726 bp的产物EGFP;通过XbaⅠ和NheⅠ双酶切pCA13-SV40 promoter-EGFP质粒得到大小为7 652 bp和384 bp的产物SV40 promoter;酶切结果显示SV40 promoter和EGFP正确构建至pCA13载体。见图 1a。

2.1.2 pCA13-NGF-EGFP质粒鉴定
通过SalⅠ和EcoRⅠ双酶切pCA13-NGF-EGFP质粒得到大小为8 030 bp和726 bp的产物NGF;酶切结果显示NGF正确构建至pCA13-SV40 promoter-EGFP载体(图 1b)。
2.1.3 大鼠MAG基因鉴定
通过PCR从大鼠神经组织内扩增MAG基因。电泳结果显示得到大小为1 881 bp的条带(图 1c)。将PCR产物回收后进行测序,测序结果表明其为大鼠MAG基因(图 1d)。
2.1.4 pCA13-NGF-MAG-EGFP质粒鉴定
通过ClaⅠ和XbaⅠ双酶切pCA13-NGF-MAG-EGFP质粒得到大小为9 359 bp和1 881 bp的产物MAG;通过SalⅠ和ClaⅠ双酶切pCA13-NGF-MAG-EGFP质粒得到大小为9 910 bp和1 335 bp的产物NGF和IRES;通过HindⅢ和ClaⅠ双酶切pCA13-NGF-MAG-EGFP质粒得到产物大小为10 893 bp和352 bp的部分IRES(图 1e);酶切结果显示IRES和MAG正确构建至pCA13-NGF-EGFP载体。
2.1.5 Ad-NGF和Ad-NGF-MAG包装、鉴定、纯化及滴度测定
病毒包装后48 h,倒置荧光显微镜下可见大量绿色荧光,HEK293细胞变圆肿胀、透亮和成团漂浮(图 2)。
RT-PCR及Western blot检测示,Ad-NGF-MAG病毒感染的细胞内检测出MAG mRNA及蛋白表达;Ad-NGF和Ad-NGF-MAG病毒感染的细胞内均能检测NGF mRNA及蛋白表达。见图 3、4。

氯化铯密度梯度离心法纯化浓缩重组腺病毒Ad-NGF和Ad-NGF-MAG,离心后可见白色病毒层。按Karbers公式计算病毒滴度,Ad-NGF为7.3× 108 PFU/mL,Ad-NGF-MAG为8.56×108 PFU/ mL。
2.2 一般情况
32只大鼠术后均成活,切口Ⅰ期愈合,无感染发生。模型制备后,Ad组、Ad-NGF组和Ad-NGF-MAG组大鼠即出现术侧后肢跛行、脚趾并拢;术后3周开始出现足部皮肤红肿、足跟溃疡等失神经支配表现,损伤神经支配区域肌肉萎缩明显;术后4周Ad-NGF-MAG组大鼠足部皮肤红肿消失,感觉障碍、肌肉萎缩程度较Ad组和Ad-NGF组轻。
2.3 SFI检测
对照组、Ad组、Ad-NGF组、Ad-NGF-MAG组的SFI分别为—9.62±1.86、—49.26±2.93、—34.99±2.15、—28.66±1.91。Ad-NGF-MAG组明显优于Ad组和Ad-NGF组,但未达对照组水平,比较差异均有统计学意义(P < 0.05)。
2.4 神经电生理检测
神经电生理检测显示Ad-NGF-MAG组NCV、诱发电位波幅、潜伏期均明显优于Ad-NGF组和Ad组,但未达对照组水平,比较差异均有统计学意义(P < 0.05)。见表 1。

2.5 RT-PCR检测NGF与MAG mRNA表达
RT-PCR检测显示,对照组、Ad组、Ad-NGF组、Ad-NGF-MAG组MAG mRNA相对表达量分别为22.02±0.20、18.23±0.12、20.62±0.08、72.82±0.41;NGF mRNA相对表达量分别为19.46±0.16、17.41±0.09、71.32±0.11、74.53±0.53。Ad-NGF-MAG组MAG mRNA相对表达量最高,对照组高于Ad组和Ad-NGF组;Ad-NGF组和Ad-NGF-MAG组NGF mRNA相对表达量均高于对照组和Ad组;组间MAG及NGF mRNA相对表达量比较,差异均有统计学意义(P < 0.05)。见图 5。
2.6 Western blot检测NGF与MAG蛋白表达
Weatern blot检测显示,对照组、Ad组、Ad-NGF组、Ad-NGF-MAG组MAG蛋白相对表达量分别为51.31±0.88、23.25±1.35、25.61±1.10、68.74±1.89;NGF蛋白相对表达量分别为24.57±1.52、22.86±1.44、51.48±1.36、54.15±2.59。Ad-NGF-MAG组MAG蛋白表达最高,对照组高于Ad组和Ad-NGF组;Ad-NGF组和Ad-NGF-MAG组NGF蛋白表达均高于对照组和Ad组;组间MAG及NGF蛋白相对表达量比较,差异均有统计学意义(P < 0.05)。见图 6。
2.7 组织学观测
组织学观察显示,对照组神经连续性好;Ad组神经纤维层次混乱,断端神经纤维再生差,断端神经纤维基本无联系,且局部可见较多炎性细胞浸润,局部神经纤维髓鞘再生不明显;Ad-NGF组神经纤维层次结构清晰,局部断端再生良好,部分神经纤维已经形成联系,神经纤维髓鞘再生良好,未见明显炎性细胞浸润,但神经纤维结构紊乱;Ad-NGF-MAG组神经纤维生长有序,神经直径较Ad-NGF组粗,神经纤维结构良好。见图 7。
Ad-NGF-MAG组神经纤维数、轴突直径、髓鞘厚度均优于Ad组和Ad-NGF组,但尚未达对照组正常水平,比较差异均有统计学意义(P < 0.05)。见表 2。

3 讨论
周围神经发生截断性损伤后,在损伤远端雪旺细胞释放的多种神经因子诱导下,神经损伤部位会生长出大量神经轴突分支以促进神经纤维再生。由于新生神经轴突分支缺乏正确识别远端雪旺细胞的能力,会向不同的雪旺细胞延伸,导致神经过度支配、神经错误连接,影响神经生理功能恢复。因此,神经轴突分支能否与远端雪旺细胞正确连接,对于神经生理功能恢复至关重要。
MAG选择性定位于雪旺细胞和少突胶质细胞膜,属于免疫球蛋白超家族成员,包括5个细胞外免疫球蛋白样区域、1个胞内区域和1个跨膜区域,其抑制作用的位点是在Ig5区[7]。既往报道主要关注于MAG的体外轴突抑制作用,但DeBellard等[8]认为MAG对不同神经元有不同作用,并且在雪旺细胞与轴突的相互作用以及维持轴突、髓鞘等方面起重要作用。在周围神经系统中,MAG作为一种黏附分子能促进神经细胞迁移,介导胶质细胞、轴突间的交流,在早期主要参与调控轴突生长导向,促进轴突生长,后期则表现为抑制轴突过度生长[9]。MAG通过与神经元及轴突胞膜上表达的NgR受体复合体结合启动抑制信号的跨膜转导[10],并通过Rho/Rho激酶通路发挥作用[11],对轴突生长表现为双向调节作用[12]。研究发现,MAG可促进轴突成熟、存活及髓鞘能力[13],也可抑制轴突过度生长。Tomita等[2]在切断大鼠坐骨神经后局部应用MAG,结果显示其能促进神经功能恢复,而且抑制了轴突的异常分支生长,并非单纯使轴突生长锥塌陷抑制轴突生长。
NGF是神经系统最重要的活性物质之一,对神经系统的发育及促进再生等具有重要作用[14]。NGF可促进神经损伤后再生,但同时也存在新生神经纤维排列紊乱,分支较多,纤维细小,神经生理功能恢复差等问题[15-17]。由此可见,单独使用NGF虽可促进神经纤维组织损伤后再生,但神经纤维功能却恢复不佳;MAG具有双向调节神经生长功能,有利于神经功能恢复[18]。据此本实验探讨了以腺病毒为载体,将NGF和MAG通过腺病毒载体共同导入损伤部位,观察NGF和MAG持续性共同表达在神经损伤修复中的效果。结果显示,与Ad组相比,Ad-NGF组和Ad-NGF-MAG组神经纤维再生明显,但Ad-NGF组新生神经纤维排列紊乱,Ad-NGF-MAG组新生神经纤维排列整齐;神经电生理检测显示Ad-NGF-MAG组NCV和诱发电位波幅均优于Ad-NGF组,表明Ad-NGF-MAG组神经电生理功能恢复优于Ad-NGF组;同时Ad-NGF-MAG组SFI显著优于Ad-NGF组,提示Ad-NGF-MAG组坐骨神经生理功能优于Ad-NGF组。
综上述,在坐骨神经损伤后修复再生过程中,腺病毒介导NGF与MAG共表达,既可促进神经纤维生长,又可抑制神经异常分支形成,共同促进神经结构与功能的恢复,为进一步探讨周围神经损伤后修复奠定了实验基础。
髓磷脂相关糖蛋白(myelin associated glycoprotein,MAG)是髓磷脂的重要组成部分,是神经轴突再生的强力抑制因子。研究显示,在慢性压缩性神经损伤诱发的神经轴突萌芽中MAG表达下降[1]。体外实验发现,MAG不仅抑制神经轴突生长,也能有效降低周围神经损伤后轴突异常分支形成[2]。NGF可有效促进神经生长,但新生神经组织结构紊乱,神经功能恢复差[3-4]。能否通过NGF与MAG二者协同作用,达到既促进受损神经组织修复,又抑制神经轴突异常增生,从而促进神经组织结构修复和功能重建,目前尚罕见相关报道。本研究拟构建NGF/MAG双基因共表达腺病毒(adenovirus exp res sing NGF and MAG,Ad-NGF-MAG),探讨其在大鼠坐骨神经损伤修复与再生中的作用。报告如下。
1 材料与方法
1.1 实验动物及主要试剂、仪器
雄性SD大鼠37只,体质量180~200 g,由重庆医科大学实验动物中心提供。人HEK293细胞株由重庆医科大学病理生理研究室提供。
5型腺病毒穿梭质粒pCA13、骨架质粒pBHGE3(Microbix Biosystems公司,加拿大);核酸限制性内切酶XbaⅠ、NheⅠ、BamHⅠ、SalⅠ、EcoRⅠ、ClaⅠ以及T4 DNA连接酶(TaKaRa公司,日本);溶菌酶、氯化铯(Sigma公司,美国);Taq DNA聚合酶(Promega公司,美国);丙烯酰胺、N’N’-亚甲基双丙烯酰胺、Tris-base、甘氨酸、SDS(Amresco公司,美国);琼脂糖凝胶(BIOWEST公司,法国);Trizol、脂质体LTX and Plus(LIPOFECTAMINETM LTX and Plus Reagent)RNase A、M-MLV Reverse Transcriptase、Ribonuclerase Inhibitor、Lipofectamine2000转染试剂(Invitrogen公司,美国);TritonX-100(Fluka公司,美国);Anti-MAG(ab89780)、Anti-NGF(ab6199)一抗(Abcam公司,英国);anti-β-GAPDH一抗(ProteinTech公司,美国);DL2000、DL15000、MarkerⅢ、质粒小量提取试剂盒和大量提取试剂盒、DNA快速纯化回收试剂盒[天根生化科技(北京)有限公司];山羊抗兔二抗(北京中杉金桥生物技术有限公司);EasyPfu DNA Polymerase(北京全式金生物技术有限公司);BCA蛋白浓度测定试剂盒[威格拉斯生物技术(北京)有限公司]。
冷冻台式离心机(Hettich公司,德国);MJ PTC-100型PCR仪(东胜创新生物科技有限公司);CO2培养箱、Nanodrop 1000型分光光度计(Thermo Scientific公司,美国);—80℃冰箱(Sanyo公司,日本);TE2000-U显微镜(Nikon公司,日本);BX51显微镜(Olympus公司,日本);JEM1230透射电镜(JEOL公司,日本);MYTO肌电图仪(Esaote公司,意大利);HPIAS-1000高清晰度彩色病理图像分析系统(武汉长海科技有限责任公司);电泳仪(北京市六一仪器厂)。引物合成、测序均由上海生工生物工程有限公司完成。
1.2 构建Ad-NGF-EGFP和Ad-NGF-MAG-EGFP质粒
1.2.1 pCA13-SV40 promoter-EGFP质粒构建
通过PCR扩增分别得到XbaⅠ-SV40 promoter-NheⅠ和NheⅠ-EGFP-BamHⅠ,用XbaⅠ和NheⅠ双酶切SV40 promoter,用NheⅠ和BamHⅠ双酶切EGFP,并用XbaⅠ和BamHⅠ双酶切pCA13。将SV40 promoter和EGFP同时连接至pCA13,得到pCA13-SV40 promoter-EGFP质粒,并酶切鉴定。
1.2.2 pCA13-NGF-EGFP质粒构建
通过PCR扩增得到SalⅠ-NGF-EcoRⅠ,用SalⅠ和EcoRⅠ双酶切NGF。用SalⅠ和EcoRⅠ双酶切pCA13-SV40 promoter-EGFP质粒。将NGF连接至pCA13-SV40 promoter-EGFP,得到pCA13-NGF-EGFP质粒,并酶切鉴定。
1.2.3 大鼠MAG基因扩增
取5只SD大鼠坐骨神经,提取mRNA,逆转录为cDNA,使用高保真Taq酶扩增MAG基因;l%琼脂糖凝胶电泳及基因测序观察。
1.2.4 pCA13-NGF-MAG-EGFP质粒构建
通过PCR扩增分别得到EcoRⅠ-IRES-ClaⅠ和ClaⅠ-MAG-XbaⅠ,用EcoRⅠ和ClaⅠ双酶切IRES,用ClaⅠ和XbaⅠ双酶切MAG。用EcoRⅠ和XbaⅠ双酶切pCA13-NGF-EGFP质粒。将IRES和MAG同时连接至pCA13-NGF-EGFP后,得到pCA13-NGF-MAG-EGFP质粒,并酶切鉴定。
1.2.5 Ad-NGF及Ad-NGF-MAG包装、鉴定、纯化及滴度测定
将pCA13-NGF-EGFP、pCA13-NGF-MAG-EGFP质粒及骨架质粒pBHGE3用Lipofectamine 2000共转染HEK293细胞株扩增,分离获得Ad-NGF及Ad-NGF-MAG,提取病毒DNA,并以其为模板,加入鉴定引物行PCR扩增,将PCR产物于1%琼脂糖凝胶电泳,凝胶图像分析仪上观察。
病毒包装后48 h,倒置荧光显微镜下观察HEK293细胞。然后,收集细胞,提取HEK293细胞mRNA,并以将其逆转录为cDNA,RT-PCR检测NGF和MAG mRNA表达;Western blot检测NGF和MAG蛋白表达。氯化铯密度梯度离心法纯化浓缩重组腺病毒Ad-NGF和Ad-NGF-MAG,经4℃,60 000×g高速离心6 h后,按Karbers公式计算病毒滴度。
1.3 动物模型建立及分组
取32只SD大鼠,随机分成4组(n=8):对照组、空病毒组(Ad组)、单独表达NGF组(Ad-NGF组)和共表达NGF和MAG组(Ad-NGF-MAG组)。
Ad组、Ad-NGF组及Ad-NGF-MAG组参考文献[4-5]方法制备大鼠坐骨神经损伤模型。大鼠腹腔注射5%戊巴比妥(40 mg/kg)麻醉,俯卧固定。无菌条件下于右后肢作长约2 cm斜切口,钝性分离皮下,沿股后外侧肌间隙钝性分离至腘上缘,显露右侧坐骨神经约2 cm。距梨状肌下缘0.8 cm处切断坐骨神经,在l0倍手术显微镜下以11-0无创尼龙针线缝合,关闭切口。对照组大鼠麻醉后暴露右侧坐骨神经,不作其他处理。
术后对照组于术侧腓肠肌注射生理盐水(100 μL),Ad组、Ad-NGF组和Ad-NGF-MAG组分别注射空腺病毒、Ad-NGF及Ad-NGF-MAG,剂量为1×108 PFU;隔天1次,共注射3次。所有大鼠均正常喂养。
1.4 观测指标
1.4.1 一般情况
术后观察大鼠步态、足趾溃疡发生情况及切口愈合时间。
1.4.2 坐骨神经功能指数(sciatic nerve function index,SFI)检测
1.4.3 神经电生理检测
术后31 d,参照文献[7]方法进行神经电生理检测。分离各组大鼠坐骨神经、腓总神经及胫前肌,于损伤处近端置入3个相距5 mm的刺激电极,由近到远分别标记为S1、S2、S3,刺激时使正极在神经干近端,于胫前肌肌腹中插入2个引导电极和1个接地电极。先在S1、S2处应用不同强度的电流刺激神经,记录刺激脉冲开始时到肌肉动作电位产生所需时间(刺激神经干诱发出动作电位的潜伏期)。同样再在S2、S3进行刺激和测定。按以下公式计算神经传导速度(nerve conductive ve loc ity,NCV),NCV=近端刺激点与远端刺激点的距离/(近端点刺激时诱发电位的潜伏期-远端点刺激时诱发电位的潜伏期)。同时记录诱发电位波幅。
1.4.4 RT-PCR检测NGF和MAG mRNA表达
以上检测完成后,各组大鼠以3.5%水合氯醛(1 mL/100 g)腹腔注射麻醉,固定于解剖台,剪开腹腔、胸腔和右心耳,左心室插管,脉冲灌注泵快速灌入生理盐水,待肝脏变白后用含3%中性甲醛、2%戊二醛的PBS灌注液(pH7.3)200 mL固定,无菌条件下切取坐骨神经吻合处及其远端1 cm组织。采用Trizol提取坐骨神经总RNA,逆转录为cDNA。设计NGF和MAG的扩增引物。引物序列:NGF上游引物:5’-TGTCCCTGAAGCCCACTG-3’,下游引物:5’-TCCTTGCCCTTGATGTCC-3’,扩增片段大小为375 bp;MAG上游引物:5’-GTGGCAGGAACGGAAGTA-3’,下游引物:5’-CATCCCGCATCCAAGTCA-3’,扩增片段大小为382 bp。PCR产物在1%琼脂糖凝胶电泳,90 V电压电泳,EB染色,凝胶数字扫描成像系统照相并测定条带积分吸光度(IA)值。
1.4.5 Western blot检测NGF和MAG蛋白表达
取1.4.4获得的各组部分神经标本,按照100 mg神经组织:1 mL细胞裂解液的比例,4℃冰浴匀浆,提取总蛋白,进行蛋白定量。每孔加入40 μg蛋白进行SDS-PAGE凝胶电泳,将分离后的蛋白条带转至硝酸纤维膜上,封闭液室温封闭2 h,按1:200分别加入兔抗鼠NGF多克隆抗体、兔抗鼠MAG多克隆抗体和兔抗鼠GAPDH多克隆抗体,37℃孵育2 h,PBST洗膜,按1:400加入二抗,37℃孵育2 h,化学发光试剂反应2 min,发光成像仪成像并测定条带灰度值。
1.4.6 组织学观测
取1.4.4获得的各组部分神经标本置于10%甲醛固定,常规石蜡包埋,纵行连续切片,片厚5 μm。常规HE染色,于镜下观察神经纤维层次、断端神经纤维再生及局部神经纤维髓鞘再生情况,非神经细胞、无髓和有髓神经轴突再生情况。采用HPIAS-1000高清晰度彩色病理图像分析系统,测量神经横切面轴突直径、髓鞘厚度,并行神经纤维计数。
1.5 统计学方法
采用SPSS13.0统计软件进行分析。数据以均数±标准差表示,组间比较采用方差分析,两两比较采用SNK检验;检验水准α=0.05。
2 结果
2.1 重组质粒及腺病毒鉴定
2.1.1 pCA13-SV40 promoter-EGFP鉴定
通过XbaⅠ和BamHⅠ双酶切pCA13-SV40 promoter-EGFP质粒得到大小为6 926 bp和1 110 bp的产物SV40 promoter与EGFP;通过NheⅠ和BamHⅠ双酶切pCA13-SV40 promoter-EGFP质粒得到大小为7 310 bp和726 bp的产物EGFP;通过XbaⅠ和NheⅠ双酶切pCA13-SV40 promoter-EGFP质粒得到大小为7 652 bp和384 bp的产物SV40 promoter;酶切结果显示SV40 promoter和EGFP正确构建至pCA13载体。见图 1a。

2.1.2 pCA13-NGF-EGFP质粒鉴定
通过SalⅠ和EcoRⅠ双酶切pCA13-NGF-EGFP质粒得到大小为8 030 bp和726 bp的产物NGF;酶切结果显示NGF正确构建至pCA13-SV40 promoter-EGFP载体(图 1b)。
2.1.3 大鼠MAG基因鉴定
通过PCR从大鼠神经组织内扩增MAG基因。电泳结果显示得到大小为1 881 bp的条带(图 1c)。将PCR产物回收后进行测序,测序结果表明其为大鼠MAG基因(图 1d)。
2.1.4 pCA13-NGF-MAG-EGFP质粒鉴定
通过ClaⅠ和XbaⅠ双酶切pCA13-NGF-MAG-EGFP质粒得到大小为9 359 bp和1 881 bp的产物MAG;通过SalⅠ和ClaⅠ双酶切pCA13-NGF-MAG-EGFP质粒得到大小为9 910 bp和1 335 bp的产物NGF和IRES;通过HindⅢ和ClaⅠ双酶切pCA13-NGF-MAG-EGFP质粒得到产物大小为10 893 bp和352 bp的部分IRES(图 1e);酶切结果显示IRES和MAG正确构建至pCA13-NGF-EGFP载体。
2.1.5 Ad-NGF和Ad-NGF-MAG包装、鉴定、纯化及滴度测定
病毒包装后48 h,倒置荧光显微镜下可见大量绿色荧光,HEK293细胞变圆肿胀、透亮和成团漂浮(图 2)。
RT-PCR及Western blot检测示,Ad-NGF-MAG病毒感染的细胞内检测出MAG mRNA及蛋白表达;Ad-NGF和Ad-NGF-MAG病毒感染的细胞内均能检测NGF mRNA及蛋白表达。见图 3、4。

氯化铯密度梯度离心法纯化浓缩重组腺病毒Ad-NGF和Ad-NGF-MAG,离心后可见白色病毒层。按Karbers公式计算病毒滴度,Ad-NGF为7.3× 108 PFU/mL,Ad-NGF-MAG为8.56×108 PFU/ mL。
2.2 一般情况
32只大鼠术后均成活,切口Ⅰ期愈合,无感染发生。模型制备后,Ad组、Ad-NGF组和Ad-NGF-MAG组大鼠即出现术侧后肢跛行、脚趾并拢;术后3周开始出现足部皮肤红肿、足跟溃疡等失神经支配表现,损伤神经支配区域肌肉萎缩明显;术后4周Ad-NGF-MAG组大鼠足部皮肤红肿消失,感觉障碍、肌肉萎缩程度较Ad组和Ad-NGF组轻。
2.3 SFI检测
对照组、Ad组、Ad-NGF组、Ad-NGF-MAG组的SFI分别为—9.62±1.86、—49.26±2.93、—34.99±2.15、—28.66±1.91。Ad-NGF-MAG组明显优于Ad组和Ad-NGF组,但未达对照组水平,比较差异均有统计学意义(P < 0.05)。
2.4 神经电生理检测
神经电生理检测显示Ad-NGF-MAG组NCV、诱发电位波幅、潜伏期均明显优于Ad-NGF组和Ad组,但未达对照组水平,比较差异均有统计学意义(P < 0.05)。见表 1。

2.5 RT-PCR检测NGF与MAG mRNA表达
RT-PCR检测显示,对照组、Ad组、Ad-NGF组、Ad-NGF-MAG组MAG mRNA相对表达量分别为22.02±0.20、18.23±0.12、20.62±0.08、72.82±0.41;NGF mRNA相对表达量分别为19.46±0.16、17.41±0.09、71.32±0.11、74.53±0.53。Ad-NGF-MAG组MAG mRNA相对表达量最高,对照组高于Ad组和Ad-NGF组;Ad-NGF组和Ad-NGF-MAG组NGF mRNA相对表达量均高于对照组和Ad组;组间MAG及NGF mRNA相对表达量比较,差异均有统计学意义(P < 0.05)。见图 5。
2.6 Western blot检测NGF与MAG蛋白表达
Weatern blot检测显示,对照组、Ad组、Ad-NGF组、Ad-NGF-MAG组MAG蛋白相对表达量分别为51.31±0.88、23.25±1.35、25.61±1.10、68.74±1.89;NGF蛋白相对表达量分别为24.57±1.52、22.86±1.44、51.48±1.36、54.15±2.59。Ad-NGF-MAG组MAG蛋白表达最高,对照组高于Ad组和Ad-NGF组;Ad-NGF组和Ad-NGF-MAG组NGF蛋白表达均高于对照组和Ad组;组间MAG及NGF蛋白相对表达量比较,差异均有统计学意义(P < 0.05)。见图 6。
2.7 组织学观测
组织学观察显示,对照组神经连续性好;Ad组神经纤维层次混乱,断端神经纤维再生差,断端神经纤维基本无联系,且局部可见较多炎性细胞浸润,局部神经纤维髓鞘再生不明显;Ad-NGF组神经纤维层次结构清晰,局部断端再生良好,部分神经纤维已经形成联系,神经纤维髓鞘再生良好,未见明显炎性细胞浸润,但神经纤维结构紊乱;Ad-NGF-MAG组神经纤维生长有序,神经直径较Ad-NGF组粗,神经纤维结构良好。见图 7。
Ad-NGF-MAG组神经纤维数、轴突直径、髓鞘厚度均优于Ad组和Ad-NGF组,但尚未达对照组正常水平,比较差异均有统计学意义(P < 0.05)。见表 2。

3 讨论
周围神经发生截断性损伤后,在损伤远端雪旺细胞释放的多种神经因子诱导下,神经损伤部位会生长出大量神经轴突分支以促进神经纤维再生。由于新生神经轴突分支缺乏正确识别远端雪旺细胞的能力,会向不同的雪旺细胞延伸,导致神经过度支配、神经错误连接,影响神经生理功能恢复。因此,神经轴突分支能否与远端雪旺细胞正确连接,对于神经生理功能恢复至关重要。
MAG选择性定位于雪旺细胞和少突胶质细胞膜,属于免疫球蛋白超家族成员,包括5个细胞外免疫球蛋白样区域、1个胞内区域和1个跨膜区域,其抑制作用的位点是在Ig5区[7]。既往报道主要关注于MAG的体外轴突抑制作用,但DeBellard等[8]认为MAG对不同神经元有不同作用,并且在雪旺细胞与轴突的相互作用以及维持轴突、髓鞘等方面起重要作用。在周围神经系统中,MAG作为一种黏附分子能促进神经细胞迁移,介导胶质细胞、轴突间的交流,在早期主要参与调控轴突生长导向,促进轴突生长,后期则表现为抑制轴突过度生长[9]。MAG通过与神经元及轴突胞膜上表达的NgR受体复合体结合启动抑制信号的跨膜转导[10],并通过Rho/Rho激酶通路发挥作用[11],对轴突生长表现为双向调节作用[12]。研究发现,MAG可促进轴突成熟、存活及髓鞘能力[13],也可抑制轴突过度生长。Tomita等[2]在切断大鼠坐骨神经后局部应用MAG,结果显示其能促进神经功能恢复,而且抑制了轴突的异常分支生长,并非单纯使轴突生长锥塌陷抑制轴突生长。
NGF是神经系统最重要的活性物质之一,对神经系统的发育及促进再生等具有重要作用[14]。NGF可促进神经损伤后再生,但同时也存在新生神经纤维排列紊乱,分支较多,纤维细小,神经生理功能恢复差等问题[15-17]。由此可见,单独使用NGF虽可促进神经纤维组织损伤后再生,但神经纤维功能却恢复不佳;MAG具有双向调节神经生长功能,有利于神经功能恢复[18]。据此本实验探讨了以腺病毒为载体,将NGF和MAG通过腺病毒载体共同导入损伤部位,观察NGF和MAG持续性共同表达在神经损伤修复中的效果。结果显示,与Ad组相比,Ad-NGF组和Ad-NGF-MAG组神经纤维再生明显,但Ad-NGF组新生神经纤维排列紊乱,Ad-NGF-MAG组新生神经纤维排列整齐;神经电生理检测显示Ad-NGF-MAG组NCV和诱发电位波幅均优于Ad-NGF组,表明Ad-NGF-MAG组神经电生理功能恢复优于Ad-NGF组;同时Ad-NGF-MAG组SFI显著优于Ad-NGF组,提示Ad-NGF-MAG组坐骨神经生理功能优于Ad-NGF组。
综上述,在坐骨神经损伤后修复再生过程中,腺病毒介导NGF与MAG共表达,既可促进神经纤维生长,又可抑制神经异常分支形成,共同促进神经结构与功能的恢复,为进一步探讨周围神经损伤后修复奠定了实验基础。