慢性高脂肪饮食对缺血/再灌注大鼠脑损伤影响及机制

doi:10.3969/j.issn.1006-5725.2023.20.004

摘要/Abstract

摘要：

目的评估慢性高脂肪饮食（HFD）对缺血/再灌注（I/R）大鼠脑损伤影响及机制。方法 60只雄性Wistar大鼠随机分为正常饮食（ND）组（n = 30）和高脂肪饮食（HFD）组（n = 30），每组再分别分为Sham组和I/R组两个亚组，每组均为15只大鼠。采用神经行为学法评估各组大鼠神经功能缺损；采用HE染色法检测各组大鼠脑组织病理学变化；采用尼氏染色法检测各组大鼠神经元存活率；采用Western blotting法检测各组大鼠脑组织细胞焦亡相关蛋白（NLRP3、Caspase-1、IL-1β）及HMGB1/TLR4/NF-κB信号通路蛋白表达。结果与ND组相比，HFD组大鼠体质量、内脏脂肪组织、甘油三酯、总胆固醇和葡萄糖水平均增加（P < 0.05）。在I/R组中，与ND大鼠相比，HFD大鼠出现更严重神经功能缺损；HE染色显示HFD大鼠具有更多受损细胞；尼氏染色显示HFD大鼠存活神经元数量减少；HFD大鼠细胞焦亡相关蛋白（NLRP3、Caspase-1、IL-1β）表达较高；HFD大鼠HMGB1及其下游因子TLR4和NF-κB表达较高（P < 0.05）。结论 HFD摄入会加重大鼠脑I/R损伤后细胞焦亡，并增强HMGB1/TLR4/NF-κB信号通路表达，从而导致I/R后不良结局。

关键词: 高脂肪饮食, 缺血/再灌注, 细胞焦亡, 大鼠

Abstract:

Objective To evaluate the effect of chronic high fat diet （HFD） on brain injury in ischemia/reperfusion （I/R） rats and its mechanisms. Methods Sixty male Wistar rats were randomly divided into normal diet （ND） group （n = 30） and high fat diet （HFD） group （n = 30）. Each group was further divided into Sham group and I/R group， with 15 rats in each group. Neurobehavioral method was used to evaluate the neurological deficits of rats in each group； HE staining was used to detect the pathological changes of brain tissue of rats in each group； the survival rate of neurons in each group was measured by Nissl staining； western blotting method was used to detect the Pyroptosis-related proteins （NLRP3， Caspase-1， IL-1β， and HMGB1/TLR4/NF-κB signal pathway protein expression in brain tissue of rats in each group. Results Compared with the ND group， the body weight， visceral adipose tissue， triglyceride， total cholesterol and glucose water of rats in HFD group were increased （all P < 0.05）. In the I/R group， compared with the ND rats， HFD rats showed more severe neurological impairment； HE staining showed that HFD rats had more damaged cells； niss staining showed that the number of surviving neurons in HFD rats decreased； the expressions of pyroptosis related proteins （NLRP3， Caspase-1， IL-1β） were higher in HFD rats； high expression of HMGB1 and its downstream factors TLR4 and NF-κB in HFD rats （all P < 0.05）. Conclusion HFD intake could aggravate pyrodeath and enhance the expression of HMGB1/TLR4/NF-κB signaling pathway after brain I/R injury， leading to adverse outcomes after I/R.

Key words: high fat diet, ischemia/reperfusion, pyroptosis, rats

中图分类号:

R743.3

李加善,杨德兵,彭志锋. 慢性高脂肪饮食对缺血/再灌注大鼠脑损伤影响及机制[J]. 实用医学杂志, 2023, 39(20): 2579-2583.

Jiashan LI,Debin YANG,Zhifeng. PENG. Effect of chronic high fat diet on brain injury in ischemia/reperfusion rats and its mechanisms[J]. The Journal of Practical Medicine, 2023, 39(20): 2579-2583.

图/表 13

表1

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参考文献 25

1	张继红，马存根. 高脂饮食诱导肥胖对小鼠缺血性脑损伤的影响［J］. 中国康复理论与实践， 2018， 24（10）：1146-1150.
2	LITEIN M， Obesity KULAGA Z.， syndrome metabolic， and hypertension primary ［J］. Pediatr Nephrol，2021， 36（4）：825-837.
3	YAWOOT N， GOVITRAPONG P， TOCHARUS C. Ischemic stroke， obesity， and the anti-infammatory role of melatonin［J］. Biofactors，2021， 47（1）：41-58.
4	ARENILLAS J F， SANDOVAL P， PEREZDEDA OSSAN， et al.The metabolic syndrome is associated with a higher resistance to intravenous thrombolysis for acute ischemic stroke in women than in men［J］. Stroke，2009， 40（2）：344-349.
5	GRISOTTO C， TAILE J， PLANESSE C， et al. High-fat diet aggravates cerebral infarct， hemorrhagic transformation and neuroinfammation in a mouse stroke model［J］. Int J Mol Sci，2021， 22（9）：4571.
6	SHI Z， YUAN S， SHI L， et al.Programmed cell death in spinal cord injury pathogenesis and therapy［J］. Cell Prolif，2021， 54（3）：e12992.
7	FRANK D， VINCE J E. Pyroptosis versus necroptosis： Similarities， diferences， and crosstalk［J］. Cell Death Difer，2019， 26（1）：99-114.
8	PURNAMA C A， MEILIANA A， BARLIANA M I， et al.Update of cellular responses to the efferocytosis of necroptosis and pyroptosis［J］. Cell Div，2023，18（1）：5.
9	CHENh J， YANG C， XU X， et al.The effect of focal cerebral ischemia-reperfusion injury on TLR4 and NF-κB signaling pathway［J］. Exp Ther Med，2018，15（1）：897-903.
10	LIU T， ZHANG L， JOO D. Nf-kappab signaling in inflammation［J］. Signal Transduct Target Ther，2017， 2：17023.
11	SHAHJOUEI S， CAI PY， ANSARI S， et al. Middle cerebral artery occlusion model of stroke in rodents： a step-by-step approach［J］. J Vasc Interv Neurol，2016， 8（5）：1-8.
12	JAIKUMKAO K， PROMSAN S， TONGNAK L， et al. Dapaglifozin ameliorates pancreatic injury and activates kidney autophagy by modulating the AMPK/mTOR signaling pathway in obese rats［J］. J Cell Physiol，2021， 236（9）：6424-6440.
13	SIVASINPRASASN S， WIKAN N， TOCHARUS J， et al. Synergistic effects of the capsaicinoid nonivamide and rosuvastatin on obesity-related endothelial dysfunction in rat fed a high-fat diet［J］. Phytother Res， 2019，33（7）：1815-1826.
14	WIKAN N， TOCHARUS J， SIVASINPRASASN S， et al. Capsaicinoid nonivamide improves nonalcoholic fatty liver disease in rats fed a highfat diet［J］. J Pharmacol Sci， 2020， 143（3）：188-198.
15	MARTIN S J， HENRY C M. Distinguishing between apoptosis， necrosis， necroptosis and other cell death modalities［J］. Methods， 2013， 61（2）：87-89.
16	李权，权美玉，张金三. Parkin调控凋亡，坏死性凋亡和焦亡的研究进展［J］. 中国细胞生物学学报， 2021， 43（12）：2433-2440.
17	D'ARCY M S. Cell death： a review of the major forms of apoptosis， necrosis and autophagy［J］. Cell Biol Int， 2019， 43（6）：582-592.
18	KIM E H， WONG S W， MARTINEZ J.Programmed necrosis and disease： we interrupt your regular programming to bring you necroinfammation［J］. Cell Death Difer，2019，26：25-40.
19	PAN Y， CAI W， HUANG J， et al. Pyroptosis in development， inflammation and disease［J］. Front Immunol，2022，13：991044.
20	WANG H， CHEN H， JIN J， et al. Inhibition of the NLRP3 infammasome reduces brain edema and regulates the distribution of aquaporin-4 after cerebral ischaemia-reperfusion［J］. Life Sci，2020， 251：117638.
21	YE Y， ZENG Z， JIN T， et al. The role of high mobility group box 1 in ischemic stroke［J］. Front Cell Neurosci，2019， 13：127.
22	蔡乐，李想，王勇. HMGB1/TLR4信号通路-细胞凋亡在脑缺血再灌注损伤中的作用及研究进展［J］. 四川生理科学杂志， 2022， 44（3）：561-564.
23	CHEN J， YANG C， XU X， et al. The effect of focal cerebral ischemia-reperfusion injury on TLR4 and NF-κB signaling pathway［J］. Exp Ther Med， 2018， 15：897-903.
24	ZHAO H， CHEN Z， XIE L J， et al. Suppression of TLR4/NF-κB signaling pathway improves cerebral ischemia-reperfusion injury in rats［J］. Mol Neurobiol， 2018， 55（5）：4311-4319.
25	FANN D Y， LIM Y A， CHENG Y L， et al. Evidence that NF-κB and MAPK signaling promotes NLRP inflammasome activation in neurons following ischemic stroke［J］. Mol Neurobiol， 2018，55（2）：1082-1096.

组别	n	体质量（g）	脂肪组织（g）	甘油三酯（mg/dL）	总胆固醇（mg/dL）	葡萄糖（mg/dL）
ND组	30	398.5 ± 45.3	19.8 ± 23.4	73.8 ± 7.8	54.6 ± 5.9	134.6 ± 16.2
HFD组	30	523.6 ± 61.9	41.2 ± 5.3	96.7 ± 10.2	88.6 ± 9.7	153.8 ± 17.3
t值		26.437	39.075	14.378	31.849	11.536
P值		< 0.001	< 0.001	0.006	< 0.001	0.017

组别	n	ND	HFD	t值	P值
Sham组	15	0	0
I/R组	15	2.8 ± 0.3	3.7 ± 0.4	9.834	0.028
t值		46.936	57.423
P值		< 0.001	< 0.001

组别	n	ND	HFD	t值	P值
Sham组	5	100.0 ± 0.0	93.5 ± 9.6	4.784	0.107
I/R组	5	37.3 ± 4.2	20.6 ± 2.4	8.173	0.025
t值		63.740	75.382
P值		< 0.001	< 0.001

组别	n	ND	HFD	t值	P值
Sham组	5	100.0 ± 0.0	105.8 ± 11.2	1.946	0.832
I/R组	5	175.3 ± 18.6	227.6 ± 24.4	7.139	0.036
t值		9.164	14.826
P值		0.012	< 0.001

组别	n	ND	HFD	t值	P值
Sham组	5	100.0 ± 0.0	103.6 ± 11.3	1.238	0.896
I/R组	5	198.3 ± 20.1	247.6 ± 25.0	6.972	0.039
t值		13.836	17.649
P值		< 0.001	< 0.001