治疗性高CO2对低氧-缺血大鼠脑血流量和血脑屏障的影响及其分子机制的研究

急性低氧缺血性脑损伤严重危害患者的脑功能及远期预后效果。治疗性高CO2作为一种新兴的脑保护策略，具有广阔的应用前景，我们的前期研究结果表明高CO2可通过减轻脑水肿，降低氧化应激及抑制神经元凋亡对脑缺血再灌注损伤发挥保护作用。然而，其作用机制尚未阐明，明确上述机制将对临床防治低氧缺血性脑损伤具有重要的理论和现实价值，并能提供新的治疗思路。本项目利用大鼠的急性脑低氧缺血模型，观察高CO2与不同浓度的低氧对缺血脑皮质的血流量和血脑屏障变化的影响，研究高CO2对低氧缺血性脑损伤的作用，从血流动力学、神经功能学水平研究其作用机制。同时在体外血脑屏障模型中，应用免疫细胞及分子化学技术研究低氧和高CO2环境下血脑屏障紧密连结蛋白的定位和表达变化与HIF-1α及其靶基因的调控机制，深入探讨高CO2对低氧所致血脑屏障破坏的作用机制，从而明确高CO2应用的安全有效界限，为临床实施脑保护策提供坚实的理论基础。

背景: 我们前期的研究表明，适度的高碳酸血症有脑保护作用，然而对肺功能障碍全身缺氧的状态下能否依然发挥保护作用尚不清楚。本研究探讨全身低氧的程度在高碳酸血症治疗脑缺血损伤中的作用及血脑屏障破坏的机制。方法:体内实验采用雄性Wistar大鼠随机分为假手术组(S组)、低氧缺血组(HI) 和高碳酸血症（HP）组。其中HI组分离并结扎左侧颈总动脉，吸入几组低浓度氧气又分为HI30组（PaO2 30～39 mmHg），HI40组（PaO2 40～49 mmHg），HI50组（PaO2 50～59 mmHg），HI60组（PaO2 60～79 mmHg），各组PaCO2 均维持35～45 mmHg。HP组在HI组的基础上，通过吸入O2-CO2-N2混合气维持各组的PaO2范围，但维持PaCO2在60～80mmHg。持续监测各组大鼠的MAP、脑血流、血气。检测血脑屏障通透性的变化和脑水含量， TUNEL法检测大鼠脑皮质凋亡，免疫荧光和western-blot技术检测大脑皮质水通道蛋白AQP-4的表达。体外实验提取大鼠脑微血管内皮细胞。分为三组: 对照组（O2浓度为21％6h）；低氧组（O2浓度为1％6 h）；高CO2组（低氧和高CO2混合气（1％O2+15％CO2+84％N2）6 h）。检测低氧和高CO2环境下血气的变化；采用Western blot法分析ZO-1、occludin、actin的表达变化。结果：体内实验，PaO2低于50 mmHg时，高碳酸血症增加血脑屏障通透性，降低了缺血侧脑血流，增加了神经细胞的凋亡及AQP-4的表达 (p<0.05)；而在PaO2高于50 mmHg时，高碳酸血症则减轻了低氧缺血大鼠血脑屏障的破坏，降低了AQP-4蛋白的的表达，减轻了皮质和海马组织的神经细胞的凋亡 (p<0.05)。体外实验，与对照组相比，低氧导致脑内皮细胞生长活性下降，跨内皮电阻值降低，内皮通透性增加，紧密连接蛋白ZO-1、occludin、actin表达减少。与低氧组和对照组相比，高CO2组的内皮细胞生长状态有所改善，内皮细胞通透性降低，紧密连接蛋白ZO-1、occludin、actin表达提高（P＜0.05）。 结论: 高碳酸血症血症对轻度低氧缺血大鼠（PaO2在60～80mmHg）所致的脑损伤有保护作用。高CO2通过调控TJ蛋白维持BBB的稳定性。