电磁场干预HIF-1α/VEGF信号通路改善缺血性脑卒中血脑屏障损伤的机制

It was known that electromagnetic fields can alleviate ischemic injury of brain, however, the mechanism was still not clear. Past research showed that the improvement of HIF-1α could promote angiogenesis in ischemia. Recent researches suggest that the overexpression of HIF-1α would damage blood brain barrier (BBB) and aggravate the brain injury after ischemic stroke. The aim of our study was to reduce BBB damage in ischemia by using low frequency electromagnetic field to regulate HIF-1α/VEGF signal pathway. This project intends to unveil the mechanism of electromagnetic fields regulate HIF-1α/VEGF/MMPs signal pathway to reduce BBB damage during the hyper-acute and acute stage of stroke, and to clarify if electromagnetic fields could affect neurovascular remodeling in the subacute stage of ischemia and the outcome in the chronic stage by performing the novel MRI techniques (DCE, VSI, NODDI, DKI, et al) on an unilateral middle cerebral artery occlusion (MCAO) rat model with a 7T animal MRI scanner and comparing with histopathology. The implementation of this program will provide a scientific evidence for electromagnetic fields promoting neurological functional recovery, and establish a noninvasive and in vivo imaging system for estimating BBB damage and neurovascular remodeling.

已知电磁场可以促进脑卒中后的神经功能康复，但其作用机制尚不明确。以往的研究认为脑卒中所引起的HIF-1α分子上调可以促进脑缺血区新生血管的再生重塑，而最近越来越多的研究显示脑缺血早期HIF-1α分子的过表达会引起血脑屏障（BBB）破坏，加重脑缺血损伤。本项目拟以低频电磁场为手段，通过干预HIF-1α/VEGF信号通路改善脑卒中急性-亚急性期血脑屏障的损伤。本研究将采用7T高清磁共振技术（DCE、VSI、NODDI、DKI等）对暴磁处理的脑卒中（MCAO）大鼠行活体动态功能成像，结合组织病理学结果，揭示脑缺血早期电磁场通过干预HIF-1α/VEGF信号通路改善BBB损伤的机制，并明确脑卒中早期使用电磁场是否会影响缺血亚急性期神经血管再生重塑及慢性期神经功能恢复。为电磁场治疗促进神经功能康复提供理论依据，并从理论上建立活体无创性评价缺血性脑卒中血脑屏障损伤及神经血管重塑过程的影像学检测体系。

缺血性脑卒中是世界范围内威胁人类健康的主要原因之一，在过去几十年中，无数科研人员一直致力于研究脑卒中的治疗方法，也在动物实验中发现了许多令人振奋的有效治疗手段，比如亚低温治疗，缺血预适应，干细胞治疗，神经保护剂，神经营养因子等。电磁刺激是一种新兴的疾病治疗手段，正被越来越多地应用于临床，近年来在脑卒中的治疗中也逐渐被应用，但是其治疗机制尚不明确。已有的动物实验研究发现电磁场对脑缺血的预后有一定的改善作用。关于缺血后的生理机制，目前已有研究证实HIF-1α是缺血、缺氧性脑损伤中具有重要的意义的信号转导通路之一，但是其介导的脑缺血耐受机制有待进一步研究。本研究主要是通过对缺血处理的SD大鼠进行电磁场干预，观察是否可以达到治疗缺血性脑卒中的作用，并通过组织切片染色探讨HIF-1α/VEGF通路在缺血性脑卒中中的作用机制。在预实验时，对大鼠进行单侧大脑中动脉闭塞，间隔24h后进行MR检查，观察大鼠脑梗的范围以及后续存活的时间。在进行一段的预实验后决定线栓进入的方向、角度及留取线栓的长度。在扫描大鼠时，首先利用DWI序列判断缺血是否成功，以及缺血的范围。我们对每次购买的未进行任何操作的SD大鼠进行行为学评分，然后对术前正常未缺血的大鼠以及术后24h的大鼠进行上述MR检查及行为学评分，将术后大鼠分为电磁干预治疗组以及未干预治疗组，各组取脑脑组织后固定切片，随后进行免疫荧光染色以及免疫组化，观察影响血脑屏障通透性的关键性分子HIF-1α、VEGF、MMP2、MMP9的表达水平。截止目前实验证实线栓的最佳留取长度为28-29mm，麻醉用量为6%水合氯醛5ml/kg。MR可定性观察缺血的部位、范围，定量检测缺血部位的T2值以及电磁干预后缺血灶的范围及T2值的改变，电磁治疗可为缺血性脑卒中的治疗提供新的临床思路。