創(chuàng)傷性腦損傷（TBI）是全球范圍內(nèi)的重要健康問題（1）。多項研究表明，顱腦損傷可促進(jìn)退行性疾病的發(fā)展（2）。此外，創(chuàng)傷性腦損傷對患者的認(rèn)知和情緒有顯著影響(3），是腦出血、腦梗死、腦血管痙攣和癲癇的高危因素(4-6）。

控制皮質(zhì)撞擊（CCI）是一種廣泛接受的誘導(dǎo)創(chuàng)傷性腦損傷建立創(chuàng)傷性腦損傷動物模型的方法（7）。2018年Siebold等（8）對58項CCI小鼠模型進(jìn)行綜述，根據(jù)皮質(zhì)損傷程度以及改良神經(jīng)功能評分等指標(biāo)給出建議：采用1mm的打擊深度來建立中度CCI模型，用大于2mm的深度來誘發(fā)嚴(yán)重腦損傷。然而，這兩種模型小鼠在運(yùn)動認(rèn)知等方面的不同影響以及導(dǎo)致不同損傷程度背后的潛在機(jī)制以及相關(guān)的生物標(biāo)志物還需要進(jìn)一步研究。

近日，空軍軍醫(yī)大學(xué)武勝昔教授團(tuán)隊在《中國神經(jīng)再生研究（英文版）》（Neural Regeneration Research）上發(fā)表了題為“Characteristics of traumatic brain injury models: from macroscopic blood flow changes to microscopic mitochondrial changes ”的研究論文。

該研究首先從速度和深度兩個參數(shù)維度，通過腦血流檢測，病理染色，明膠血管成像，觀察了不同損傷參數(shù)所導(dǎo)致的即時損傷情況，在第7天觀察不同參數(shù)下模型小鼠的步態(tài)分析和轉(zhuǎn)棒實驗，即運(yùn)動能力檢測。根據(jù)上述結(jié)果作者認(rèn)為致傷參數(shù)中致傷深度在模型的損傷程度中占主要作用。

為了深入探究打擊深度在致傷程度中的作用，作者確定以5m/s為打擊速度，進(jìn)一步探究了1mm組和2mm組模型小鼠在運(yùn)動和認(rèn)知等多方面的功能損傷情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)1mm組和2mm組無論是在早期(7天)運(yùn)動和晚期（30天）認(rèn)知上都存在顯著差異。

為了進(jìn)一步探究1mm組和2mm組上述差異背后的機(jī)制，作者對其進(jìn)行了損傷區(qū)腦組織的轉(zhuǎn)錄組測序并且在線粒體相關(guān)基因中發(fā)現(xiàn)了顯著差異。隨后，作者對兩組線粒體進(jìn)行了透射電鏡的微觀結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)文獻(xiàn)（9）將線粒體分為四類（正常型，正常反應(yīng)型，反應(yīng)-退化型，終末型），統(tǒng)計了損傷早期和損傷晚期兩組中不同類型線粒體所占比例，結(jié)果顯示兩組模型小鼠損傷區(qū)腦組織存在兩種不同的線粒體損傷模式（圖1）。

圖1 文章摘要示意圖

本研究探討了在損傷速度分別為3、4、5 m/s時，不同損傷參數(shù)分別為1mm、2 mm時，腦血流的變化、皮質(zhì)損傷程度的差異、運(yùn)動功能的差異。還探討了1mm、2mm組在急性期（7天）和慢性期（30天）的功能變化和線粒體損傷。結(jié)果顯示，1mm組損傷區(qū)腦血流明顯增加，腦組織腫脹腫脹，血管通透性增加，出現(xiàn)大規(guī)模滲出。2mm組的主要病理改變?yōu)閾p傷區(qū)腦血流減少、腦組織丟失、腦血管痙攣閉塞（圖2）。2mm組在損傷后第7天發(fā)現(xiàn)明顯的運(yùn)動和認(rèn)知障礙；損傷后30天，2mm組小鼠的運(yùn)動功能明顯恢復(fù)，而認(rèn)知障礙持續(xù)存在（圖3）。

圖2 1mm組和2mm組30分鐘內(nèi)腦血流變化趨勢

圖3 1mm組和2mm組運(yùn)動和認(rèn)知缺陷

轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果：GSEA顯示，與假手術(shù)組相比，1mm組和2 mm組中富集的前10個條目中線粒體相關(guān)功能條目最多，因此我們得出結(jié)論，線粒體損傷在CCI模型中非常重要。1mm組和2mm組中線粒體呼吸鏈相關(guān)基因均顯著下降，主要是在線粒體質(zhì)子轉(zhuǎn)運(yùn)ATP合酶復(fù)合物（線粒體呼吸鏈復(fù)合物V）中，并且發(fā)現(xiàn)與1mm組相比，2mm組表達(dá)了更多的鐵死亡相關(guān)基因（圖4），故作者進(jìn)一步對三組進(jìn)行了線粒體復(fù)合物活性檢測并且在第7d和第30天在2mm組均發(fā)現(xiàn)了顯著的線粒體復(fù)合物V活性的顯著降低（圖5），在三組鐵死亡程度上進(jìn)行了普魯士藍(lán)染色和脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛含量的檢測，并且在三組間均發(fā)現(xiàn)了顯著差異，2mm組的鐵死亡程度顯著高于1mm組和sham組（圖6）。

圖4 sham組1mm組2mm組損傷區(qū)轉(zhuǎn)錄組學(xué)差異基因

圖5 sham組1mm組2mm組在7d和30d線粒體復(fù)合物活性檢測

圖6 sham組1mm組2mm組損傷區(qū)普魯士藍(lán)染色及丙二醛含量檢測

透射電鏡觀察第7天兩組線粒體和第30天線粒體形態(tài)變化，第7天兩組線粒體均縮小，液泡變大；第30天，1mm組線粒體變大，2mm組液泡仍然增大（圖7）。

圖7 第30天，1mm組線粒體形態(tài)改變

在線粒體分類中我們通過線粒體電鏡形態(tài)學(xué)改變（圖8）統(tǒng)計了（正常型，正常反應(yīng)型，反應(yīng)-退化型，終末型）不同組中線粒體亞組的比例，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)模型小鼠在不同時期的線粒體組成模式不同，可能反映了創(chuàng)傷性腦損傷組間損傷程度的差異（圖9）。

圖8 線粒體嵴腫脹和線粒體基質(zhì)腫脹在電鏡中的表現(xiàn)

線粒體嵴損傷導(dǎo)致的可逆性空泡（小而圓，按照線粒體嵴方向排布）

線粒體基質(zhì)傷導(dǎo)致的不可逆性空泡（大小不一而不規(guī)則，隨機(jī)出現(xiàn)）

圖9 1mm組和2mm組不同類型線粒體占比情況

綜上所述，作者從腦血流、皮質(zhì)損傷程度、運(yùn)動能力和認(rèn)知能力等多方面評估了不同腦創(chuàng)傷模型小鼠的差異，并且利用透射電鏡、線粒體復(fù)合體活性、活性氧含量等多種手段檢測了模型小鼠之間線粒體形態(tài)和功能的差異。該項研究結(jié)果為促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)小鼠控制皮質(zhì)撞擊模型指南的建立提供了可靠的數(shù)據(jù)支持和評價方法，并且提示個性化的線粒體調(diào)控可能是治療顱腦損傷的新思路。

本項目得到科技創(chuàng)新2030-重大項目（2021ZD0201000）、多項國家自然科學(xué)基金、陜西省自然科學(xué)基金和陜西省科技攻關(guān)項目等課題資助。

原文鏈接：

https://journals.lww.com/nrronline/Fulltext/2023/10000/Characteristics_of_traumatic_brain_injury_models_.33.aspx

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