来自美国明尼苏达州圣玛丽医院的Ayers-Ringler JR教授和他的同事们,通过在同一动物研究对象中,同时进行血管内与皮肤愈合因素的对照研究,深入探讨了动脉瘤愈合过程中细胞、分子和体液特征出现的与皮肤愈合相似的缺陷,从而阐明了可能改善动脉瘤愈合预后的潜在靶点。
————摘自文章章节
【REF: Ayers-Ringler JR, et al. Am J Neuroradiol. 2019 Apr 25. DOI: 10.3174/ajnr.A6046.】
尽管颅内动脉瘤弹簧圈栓塞技术已在临床中广泛使用,其安全性也得到了广泛认可。但是即使是发展到第二代弹簧圈盘绕技术,颅内动脉瘤栓塞后的复发率仍旧相当高。究其原因,一部分是由于栓塞后动脉瘤愈合相关机制尚不明确,无法靶向促进动脉瘤愈合。对比而言,皮肤创口的愈合机制则是明确的。皮肤创口愈合的不同阶段包括:止血、炎症、增殖和重塑在前人的研究中已被详细描述。
因此,来自美国明尼苏达州圣玛丽医院的Ayers-Ringler JR教授和他的同事们,通过在同一动物研究对象中,同时进行血管内与皮肤愈合因素的对照研究,深入探讨了动脉瘤愈合过程中细胞、分子和体液特征出现的与皮肤愈合相似的缺陷,从而阐明了可能改善动脉瘤愈合预后的潜在靶点。实验结果发表在国际期刊American Journal of Neuroradiology上。
作者们选取12只雌性白兔,弹力蛋白酶诱导建立囊性动脉瘤模型。造模完成至少3周后,同时进行弹簧圈栓塞以及耳部皮肤创伤造模。术后按照时间1, 5, 14, 30天分成4个组进行DSA随访。动脉瘤组织、耳部皮肤创伤处组织以及对侧对照组组织均被收集用于后续组织及分子生物学检测。应用改良Raymond评分评价动脉瘤愈合程度,应用H&E或Masson染色确定组织胶原变化,对血栓组织、上皮新生、炎症反应、细胞增殖以及胶原沉积进行半定量分析,对动脉瘤组织学愈合进行评价。根据以往皮肤组织愈合的相关研究选择TGFβ1, PDGF, VEGF, MMP9, SMA1,进行RNA和蛋白质进行提取和表达分析(详见表 1)。对各组组织巨噬细胞极化以及CD86水平进行分析。
表1. 与皮肤组织愈合相关的重要基因
前3组动脉瘤的瘤颈、宽、高平均值分别为3.3 ± 1.8 mm、4.0 ± 1.8 mm、9.8 ± 1.6 mm。12例动脉瘤中有11例(占92%)在弹簧圈填塞后即刻完全闭塞,另1例(占8%)未完全闭塞。在安乐死尸检中,作者们发现24小时组的3个动脉瘤中有2个,14天组有1个动脉瘤仍有再通未愈合。所有其他动脉瘤(12个动脉瘤中有9个)均完全闭塞(占75%) (详见图1 A, B, E)。
在耳部皮肤伤口造模24小时和5天的两组中均有表皮和真皮的坏死以及炎性细胞的浸润,血痂形成于表皮,而弥漫性密集的肌成纤维细胞增殖发生在皮层以内,炎症细胞最迟可以在14天的皮肤组织中见到。而栓塞后动脉瘤的特征与以往研究结果一致,动脉瘤瘤体周围14天里一直有稀疏的肌成纤维细胞增加,而到了30天肌成纤维细胞显著增加(图1 C-F)。
图1. 血管造影和相关组织切片。(A) 弹力蛋白酶诱发的动脉瘤示例图。弹簧圈栓塞与耳部皮肤创伤造模在同一天完成。(B) 栓塞14天后动脉瘤的血管造影结果与(C) 相应天数的耳部皮肤创口组织学结果(H&E染色,放大倍数为100倍)。(D) 动物安乐死当天的耳部皮肤创口宏观图像(标尺标记为厘米,最小的刻度为毫米)。(E) 栓塞30天后动脉瘤血管造影结果与(F) 动脉瘤组织学染色结果(H&E染色,放大倍数为200倍)。注意:图中两处显微镜下H&E染色均呈现弥漫性、致密的肌成纤维细胞(长梭形)增殖。
相较于正常对照组,炎症标志物基因(TGFβ1, PDGF)在耳部创伤5天时出现表达升高,但在栓塞动脉瘤中则出现表达降低或延迟至30天才升高(图2 A-B);而栓塞动脉瘤中增殖标志物(VEGF, MMP9)的基因表达从24小时早期便呈现升高,且升高程度远高于耳部皮肤创伤(图2 C-D)。相较于正常对照组,SMA1的基因表达在栓塞动脉瘤中显著降低,而在耳部皮肤创伤中14天时略有增加(图2 E)。
在蛋白表达结果中,仅有TGFβ1在耳外伤24小时和30天中表达超过正常组织2倍(故数据没有列出)。另外,巨噬细胞分析显示两种损伤均有整体的M1极化,动脉瘤在24小时,耳外伤在5天时达到CD86峰值(数据未列出)。
图2. 动脉瘤及耳部创伤24小时(24H)、5天(5D)、14天(14D)的基因表达结果。数据以GAPDH基因表达结果进行归一化处理,其他基因(A) TGFβ1,(B) PDGF,(C) VEGF,(D) MMP9,(E) SMA1的变化以与对照组织的比值形式显示。同一动物的正常组织(分别为左侧颈动脉和创伤对侧耳部组织)设为对照。D图中* P = 0.0422 (每组动物3只,每次实验重复3次)。PDGF表示血小板源性生长因子;VEGF表示血管内皮生长因子;MMP9表示基质金属蛋白酶9;30 D表示30天。
本研究结果揭示了动脉瘤和耳部皮肤创伤两种不同环境下伤口愈合机制的异同。从组织学上看,14天的皮肤伤口愈合情况与动脉瘤术后30天相似,这表明与皮肤伤口相比,栓塞后动脉瘤的愈合延迟了大约2周。另外,作者们通过分子生物学结果证实了栓塞后局部免疫细胞浸润不足导致免疫愈合机制不良,以及巨噬细胞中的M1极化相关(一种缺陷的促愈合表型),这两种现象可能与愈合延迟有关。
本文创新地在同一动物中同时进行栓塞动脉瘤和皮肤创伤两种模型制作,这种精确的控制变量有助于更准确地纵向对比研究栓塞动脉瘤愈合与皮肤创伤愈合的异同。通过这种比较,有助于确定栓塞动脉瘤愈合所需的关键信号事件,有望改进未破裂动脉瘤的治疗方法。
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