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Neuroprotective Effect of Hydrogen-Rich Saline against Neurologic Damage and Apoptosis in Early Brain Injury following Subarachnoid Hemorrhage: Possible Role of the Akt/GSK3β Signaling Pathway. | くも膜下出血後の脳損傷初期における神経ダメージとアポトーシスに対する水素生理食塩水の神経保護効果～Act/GSK3β伝達経路の観点から～

2014年5月28日 / 最終更新日時 : 2014年5月28日 kenko_admin くも膜下出血

Neuroprotective Effect of Hydrogen-Rich Saline against Neurologic Damage and Apoptosis in Early Brain Injury following Subarachnoid Hemorrhage: Possible Role of the Akt/GSK3β Signaling Pathway. | くも膜下出血後の脳損傷初期における神経ダメージとアポトーシスに対する水素生理食塩水の神経保護効果～Act/GSK3β伝達経路の観点から～

PLoS One. 2014 Apr 24;9(4):e96212. doi: 10.1371/journal.pone.0096212. eCollection 2014.

Neuroprotective Effect of Hydrogen-Rich Saline against Neurologic Damage and Apoptosis in Early Brain Injury following Subarachnoid Hemorrhage: Possible Role of the Akt/GSK3β Signaling Pathway.

Department of Neurosurgery, The Second Affiliated Hospital, School of Medicine, Zhejiang University

Abstract

BACKGROUNDS:

Early brain injury (EBI) plays a key role in the pathogenesis of subarachnoid hemorrhage (SAH). Neuronal apoptosis is involved in the pathological process of EBI. Hydrogen can inhibit neuronal apoptosis and attenuate EBI following SAH. However, the molecular mechanism underlying hydrogen-mediated anti-apoptotic effects in SAH has not been elucidated. In the present study, we aimed to evaluate whether hydrogen alleviates EBI after SAH, specifically neuronal apoptosis, partially via the Akt/GSK3β signaling pathway.

METHODS:

Sprague-Dawley rats (n = 85) were randomly divided into the following groups: sham group (n = 17), SAH group (n = 17), SAH + saline group (n = 17), SAH + hydrogen-rich saline (HS) group (n = 17) and SAH + HS + Ly294002 (n = 17) group. HS or an equal volume of physiological saline was administered immediately after surgery and repeated 8 hours later. The PI3K inhibitor, Ly294002, was applied to manipulate the proposed pathway. Neurological score and SAH grade were assessed at 24 hours after SAH. Western blot was used for the quantification of Akt, pAkt, GSK3β, pGSK3β, Bcl-2, Bax and cleaved caspase-3 proteins. Neuronal apoptosis was identified by double staining of terminal deoxynucleotidyl transferase mediated nick end labeling (TUNEL) staining and NeuN, and quantified by apoptosis index. Immunohistochemistry and immunofluorescent double-labeling staining was performed to clarify the relationships between neuronal apoptosis and pAkt or pGSK3β.

RESULTS:

HS significantly reduced neuronal apoptosis and improved neurological function at 24 hours after SAH. The levels of pAkt and pGSK3β, mainly expressed in neurons, were markedly up-regulated. Additionally, Bcl-2 was significantly increased while Bax and cleaved caspase-3 was decreased by HS treatment. Double staining of pAkt and TUNEL showed few colocalization of pAkt-positive cells and TUNEL-positive cells. The inhibitor of PI3K, Ly294002, suppressed the beneficial effects of HS.

CONCLUSIONS:

HS could attenuate neuronal apoptosis in EBI and improve the neurofunctional outcome after SAH, partially via the Akt/GSK3β pathway.

PLoS One. 2014 Apr 24;9(4):e96212. doi: 10.1371/journal.pone.0096212. eCollection 2014.

くも膜下出血後の脳損傷初期における
神経ダメージとアポトーシスに対する
水素生理食塩水の神経保護効果
～Act/GSK3β伝達経路の観点から～

浙江大学医学部第二附属病院神経外科

＜要旨＞

背景

くも膜下出血において、初期の脳損傷（EBI）は重要な影響を与えるファクターとなっています。病理学的にはEBIで神経のアポトーシスが起こります。水素は神経アポトーシスを阻害し、くも膜下出血後のEBIを緩和することができます。しかしながら、くも膜下出血に対する水素の抗アポトーシス効果の分子メカニズムはいまだに明らかになっていません。

そこで、くも膜下出血後のEBIの中でも特に神経のアポトーシス、それもAct/GSK3β経路に焦点を合わせ、水素がEBIに対する緩和効果をもつかどうかの評価をするため、本研究を実施しました。

方法

SDラット（n=85）を以下のグループにランダムに割り付けました。
・シャム処置グループ（n=17）
・くも膜下出血処置グループ（n=17）
・くも膜下出血＋生理食塩水グループ（n=17）
・くも膜下出血＋水素生理食塩水グループ（n=17）
・くも膜下出血＋水素生理食塩水＋Ly294002グループ（n=17）

水素生理食塩水と同僚の生理食塩水は処置直後と処置8時間後に投与しました。
そしてAct/GSK3β経路が水素の分子メカニズムかどうかを確認するため、PI3K阻害薬であるLy294002を使用しました。また、神経スコアとくも膜下出血の重症度について、くも膜下出血処置24時間後に評価しました。さらにAkt・pAkt・GSK3β・pGSK3β・Bcl-2・Bax・カスパーゼ-3によって分解を受けたタンパクの定量にウエスタンブロットを用いました。

なお、神経のアポトーシスはTUNELとNeuNの二重染色で検出しました。そして、アポトーシスインデックスにて定量しました。また、免疫組織化学法と免疫蛍光法の二重染色で神経のアポトーシスとpAktとの関係、あるいはpGSKβとの関係を明らかにしました。

結果

くも膜下出血処置24時間後において、水素生理食塩水は有意に神経のアポトーシスを減らし、神経機能を改善していました。また、主に神経に発現していたpAktとpGSK3β値は著しく増加していました。加えて、水素生理食塩水の投与により有意にBcl-2が増加した一方で、Baxとカスパーゼ-3によって分解を受けたタンパクは減少していました。pAktとTUNELの二重染色の結果、それぞれの陽性細胞が減少していることがわかりました。

そして、これらの生理食塩水の効果はPI3K阻害薬であるLy294002により抑制されました。

結論

水素生理食塩水はAkt/GsK3β伝達経路を通じて、くも膜下出血後のEBIの神経のアポトーシスを減らし、神経機能の転帰を改善します。

＜一言＞

まず、Akt/GsK3β伝達経路とは何ぞや？とのことですが、なけなしの知識から理解するに神経細胞の再生（神経突起が伸びて極性化すること？）に関わっているらしいです。水素は神経細胞の再生を促すとともにアポトーシスを減少させることで、くも膜下出血の後の後遺症が軽くなると結論付けています。もちろん動物実験のレベルでの話になりますが。