本期第一位主讲人王琪，硕士，助理工程师，主要从事生物毁伤效应研究工作。论文分享题目为：啮齿类动物模型中爆炸引起的头部血脑屏障特性的变化。

10.1038/s41598-021-84730-8

本期精彩

爆炸冲击波引起的创伤性脑损伤(bTBI)致病机理多种多样，其中血脑屏障(BBB)和神经血管单元的受损影响是一个热点研究领域。对啮齿动物的研究中，急性和慢性脑血管病理学表明，在冲击波暴露时，血管系统(血脑屏障完整性)易受损害。爆炸破坏大脑中紧密连接(TJ)的结构和功能，包括跨膜蛋白（occludin and claudin-5）、胞质蛋白（ZO1、3）和粘附蛋白（血管内皮蛋白VE）的改变。

本研究重点探讨血脑屏障渗透性随时间变化和爆炸相关的变化，重点研究屏障的功能特性和结构成分。通过活体显微镜(IVM)研究其功能特性，并通过免疫染色和分子检测技术评估其结构。

主要内容

实验方法

10周龄的雄性Long Evans大鼠，体重为300-325克，随机分为sham、2-3 h、1天 、3天、14天和28天组，每组3只。在本次研究中，评估了暴露在130 kPa (18.9 psi)超压下单次爆炸麻醉大鼠的血脑屏障完整性时间进程特性。爆炸暴露后2-3小时、1、3、14或28天，荧光标记示踪剂(40 kDa和70 kDa分子量)通过脑膜微血管渗漏至脑实质，用显微镜测量血脑屏障通透性。通过免疫染色和分子分析评估血脑屏障的结构变化。

研究结果

1.爆炸暴露下对血脑屏障渗透性的影响：血脑屏障的完整性在爆炸暴露后的急性期被破坏，屏障允许较小的示踪剂分子(40 kDa)通过，对较大的示踪剂分子(70 kDa)保持相对的不渗透性。图1a显示了假暴露组和爆炸组2-3小时条件下脑膜微血管的图像，较小和较大的示踪剂分别有强烈(红色)和轻微(绿色)外渗。与假暴露组实验相比，40 kDa示踪剂在爆破后2-3 h和1天的渗透性指数增加了大约2-3倍，在3和14天时增加缓慢，在28 天时恢复为正常值(图1b)。单次爆炸暴露后导致短时间内血脑屏障通透性特异性改变，随后在爆炸后28天屏障功能自然恢复(通过血脑屏障的示踪剂减少可见)。

图1：示踪剂对血脑屏障影响结果

2. 爆炸暴露下对紧密连接TJ结构蛋白的影响：western blot结果显示，TJ蛋白水平显著下降，其中ZO-1的下降幅度最大，下降到假暴露组ZO-1水平的三分之一。occludin和claudin-5蛋白水平在1天时明显低于对照组(图2)。使用血管平滑肌标记物SMTH对连接蛋白进行双免疫标记的结果显示，这些蛋白位于皮层的微血管(图3a)。利用免疫染色和激光共聚焦显微镜检测爆炸诱导的皮质中连接蛋白表达随时间变化，爆炸后2-3 h和1天TJ蛋白的免疫荧光强度发生了显著变化(图3b)。ZO-1免疫荧光强度半定量分析(图3c)显示，与假暴露组相比，爆炸后2-3 h, ZO-1免疫荧光强度明显降低，1天后，ZO-1免疫荧光强度继续下降，较对照组降低52%。同样，claudin-5和occludin(图3c)的免疫荧光强度在爆炸后也显著降低；三种TJ蛋白的免疫荧光强度在爆炸后3天开始逐渐增加，在28天后接近正常水平。

图2：Western blot紧密连接蛋白结果

图3：紧密连接蛋白ZO-1、claudin-5 和 occludin 与SMTH（大鼠血管平滑肌标志物）的双染定位结果

爆炸暴露下对皮质中AQP-4蛋白的影响：在星形胶质细胞足突中表达的 AQP-4 的上调已被证明有助于 TBI 后脑水肿的消退。与假暴露组相比，爆炸暴露组中 AQP-4 的免疫荧光强度在 2-3 小时显著增加，在 爆炸 后 1 天继续升高（图 4）。1天后，AQP-4在爆炸暴露组的表达在随后的时间点恢复到正常水平，这种AQP-4的变化模式与TJ蛋白在爆炸后的表达相一致。

图4.皮质中AQP-4表达结果

爆炸暴露下对细胞外基质ECM降解的影响：MMP-9 参与了 ECM 的裂解以及 ECM 的破坏与微血管系统中 BBB 功能障碍之间的联系，因此检测 MMP-9 的表达变化。在病理生理条件下，MMP-9的激活与血脑屏障的打开以及TJs和神经血管单位基底膜的降解有关。观察到脑组织中MMP-9 mRNA在2-3小时显著增加，在1天和3天继续呈上升趋势，与假暴露组相比增加了约3倍(图5a)。爆炸暴露后2-3 h和1天，脑组织和血浆中蛋白质水平的显著增加与mRNA的增加相一致(图5b, c)。

图5.ECM中MMP-9表达结果

结果讨论

我们的研究显示，在急性期(2-3小时和1天)，爆炸诱导的AQP-4表达显著上升，随后恢复到正常水平。综合来说，AQP-4的变化提示bTBI后它在修复过程中的作用。血浆和额顶叶皮层组织中MMP-9水平变化与AQP-4变化模式相一致。

我们的研究结果描述了单次暴露于130Kpa爆炸冲击波后血脑屏障和神经血管单元的一些相关成分改变，包括血脑屏障尺寸特异性和时间依赖性的变化。我们对血脑屏障通透性改变的时间过程和损伤程度，以及与爆炸强度和重复次数相关的神经血管单元变化的进行了全面检测，将为理解bTBI的复杂病理生理机制提供了一定的见解。

本期二位主讲人为高文治，本科，助理工程师，毒理应用技术研究室，主要从事含能材料毒理学研究工作。本期文献分享主题为：《四溴联苯醚对小鼠的神经毒性》

主要内容

为探讨持久性有机污染物 2，2’，4，4’-四溴联苯醚( BDE-47) 对小鼠海马组织的神经毒性，将小鼠每日灌胃 25 或 50 mg· kg-1剂量的 BDE-47，6 周后检测其记忆能力、海马组织病理学变化、蛋白激酶 C( PKC) 表达量和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3 ( caspase-3) 活性。结果显示，BDE-47 损伤了小鼠被动回避实验的记忆保持能力，导致海马安蒙角( CA1) 区锥体细胞排列紊乱，神经元胞体体积变小，形态不规则。BDE-47 对小鼠海马组织 PKCα、β、γ 和 ζ 的表达无影响，但显著上调了 PKCδ 和 PKCλ的表达，促进了 caspase-3 活性。这些结果提示，BDE-47 导致的海马神经毒性可能与 PKCδ 和 PKCλ 表达异常及 caspase-3 活性升高有关。本实验结果为进一步了解 BDE-47 神经毒作用机制提供了实验依据。