GM-CSF对兔血液动力性脑缺血后颅内侧支动脉生成的影响

张桂运, 陈左权, 凌 锋

(1. 同济大学附属同济医院神经外科，上海 200065； 2. 同济大学附属第十人民医院神经外科，上海 200072； 3. 首都医科大学附属宣武医院神经外科，北京 100053)



·基础研究·

GM-CSF对兔血液动力性脑缺血后颅内侧支动脉生成的影响

张桂运1, 陈左权2, 凌 锋3

(1. 同济大学附属同济医院神经外科，上海 200065； 2. 同济大学附属第十人民医院神经外科，上海 200072； 3. 首都医科大学附属宣武医院神经外科，北京 100053)

目的 研究粒-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor, GM-CSF)对兔后循环血液动力性脑缺血后侧支循环生成的影响。方法 40只新西兰大白兔随机分为对照组、假手术组、非治疗模型组、GM-CSF治疗模型组、生理盐水治疗模型组，每组8只。模型组均采用手术结扎右侧锁骨下动脉椎动脉开口近端。采用超选择脑血管造影及染色乳胶灌注法检测盗血及血管管径、血管密度及后分水岭区面积。结果 GM-CSF治疗模型组颅内前循环动脉管径较非治疗模型组明显增粗(P<0.01)，侧支血管密度明显增加。非治疗模型组颅内前循环动脉管径及侧支血管密度较对照组有所增加，但差异无统计学意义(P>0.01)。结论 GM-CSF对兔后循环血液动力性脑缺血后侧支动脉的生成具有重要作用。

粒-巨噬细胞集落刺激因子； 侧支动脉； 动脉生成； 脑缺血

动脉性脑缺血可以分为血液动力性脑缺血、脑动脉血栓形成和动脉栓塞，前者又可以分为心源性和血管源性。椎-基底动脉系统供血不足患者的发病率较高，多数为动脉硬化导致的血管狭窄。目前，对于弥漫性动脉硬化病变，临床缺少有效的治疗方法。研究[1-2]表明，粒-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor, GM-CSF)具有提高动物心脑血管储备，改善缺血程度的作用。因此，本研究建立模拟弥漫性动脉硬化病变的动物模型，应用GM-CSF治疗后循环血液动力性脑缺血。

1 材料与方法

1.1 实验动物与分组

40只雄性新西兰大白兔，体质量3.0～3.5kg，购自同济大学附属同济医院动物实验中心，随机分为对照组、假手术组、非治疗模型组、GM-CSF治疗模型组、NS治疗模型组，每组8只。

1.2 结扎法实现右侧锁骨下动脉盗血

除对照组外，其他各组均接受手术。假手术组仅开胸，不结扎右侧锁骨下动脉；非治疗模型组、GM-CSF治疗模型组、NS治疗模型组均接受开胸并结扎右侧锁骨下动脉椎动脉开口近端。对照组和各手术组术后即刻在全身麻醉下行主动脉弓、左侧椎动脉、双侧颈内动脉造影，确认各模型组右侧锁骨下动脉盗血和后循环低灌注状态[3- 4]。术后每天肌肉注射头孢替胺1次，每次0.5g，连续3d。

1.3 给药途径与剂量

对照组不予任何治疗；假手术组、非治疗模型组、GM-CSF治疗模型组及NS治疗模型组术后均给予肌肉注射头孢替胺，每天1次，每次0.5g，连续3d；GM-CSF治疗模型组术后皮下注射GM-CSF，剂量为40μg/(kg·d)，隔日1次，直至术后3周；NS治疗组皮下注射等体积的生理盐水，隔日1次，直至术后3周。

1.4 超选择造影与实时染色乳胶灌注

各组3周后再次接受超选择造影，随即在DSA下进行染色乳胶实时灌注[5]。应用Adobe Acrobat 7.0专业版软件附带的测量工具对染色乳胶灌注后的颅底及分水岭区血管管径、后分水岭区表面积进行测量。

1.5 统计学处理

2 结 果

2.1 DSA结果

对照组和假手术组左侧椎动脉造影所示的循环时间与3周前比较，差异无统计学意义(P>0.01)。非治疗模型组、NS治疗模型组主动脉弓造影时均见盗血现象(图1A)，左侧椎动脉造影时可见对侧椎动脉血液逆流至锁骨下动脉远端，基底动脉和双侧大脑后动脉充盈不良，循环时间较3周前差异无统计学意义(P>0.01)。GM-CSF治疗模型组左侧椎动脉造影时基底动脉不显影(图1B)，而颈内动脉造影见双侧大脑后动脉、基底动脉显影清晰(图1C)，基底动脉血流逆向，并充盈右侧椎动脉(图1D)。

2.2 实时染色乳胶灌注结果

与对照组比较，NS治疗模型组后分水岭区血管密度略有增加(P>0.01)，前、后分水岭区表面积较对照组略有减少(P>0.01)，后分水岭中心区域向后轻度移位(P>0.01)。与NS治疗模型组比较，GM-CSF治疗模型组中来自大脑中动脉和大脑前动脉的分枝增粗明显，分水岭区域表面积缩小，后分水岭中心区域向后移位明显(P<0.001),且前分水岭和后分水岭区软膜下侧支血管密度明显增加(P<0.001)。颅底动脉环各结构中，大脑后动脉管径值由高到低依次为GM-CSF治疗模型组、非治疗模型组和对照组，差异具有显著性(P<0.001)，见图2。

图1 选择性兔脑血管造影Fig.1 Selected cerebrovascular angiography in rabbits

图2 染色乳胶灌注结果Fig.2 Results of colored latex perfusion

3 讨 论

应用各种细胞因子促进血管发生和动脉生成一直是神经科学工作者追求的重要目标之一。脑缺血后，无论通过何种手段，坏死的神经元细胞不可能再生，即便目前神经干细胞研究不断取得进展，依然无法完全解决这一问题。因此，在脑缺血过程中尚未发展至脑梗死阶段时进行干预，恢复或改善脑灌注显得尤为重要。GM-CSF在动物实验中已经显示出具有诱导后肢动脉生成的作用[6]，而且在临床上针对冠状动脉疾病患者的实验中，GM-CSF亦显示出积极的促进动脉生成作用[1-2]。GM-CSF的促进动脉生成作用可以诱导侧支循环形成，使治疗缺血性脑血管疾病成为可能。因为缺血性脑血管病发展至脑梗死前的时期是医疗干预的最佳时期，因此本研究采用血液动力性非梗死性脑缺血的新西兰大白兔作为研究对象，模拟临床上那些处于脑梗死前期的存在血液动力性脑缺血的患者，建立一种机体环境，以此来研究在该环境下应用GM-CSF的实验效果。

本研究表明，隔日皮下注射GM-CSF后，治疗组前后分水岭区侧支血管密度明显增加，尤其以后分水岭区为主。机体内的血管网络存在自身的调节功能，当局部氧浓度、酸碱度、压力发生改变时，这种自动调节机制便会启动，从而促进“血管发生”。局部缺氧被认为是血管内皮生长因子表达的始动因素。但在血管网络中，上、下游的压力梯度增加则是启动“动脉生成”的始动因素，造成压力梯度改变的因素有两种： 灌注压的增加或血管阻力的降低。压力梯度增加时，血流对血管壁的剪切力增加，内皮细胞受到刺激后会产生一系列细胞因子[7]，通过旁分泌效果作用于单核细胞，在细胞间黏附分子1(intercelluar adhesion molecule-1, ICAM-1)的介导下使单核细胞、巨噬细胞与内皮细胞发生黏附，引起后者某些细胞因子的表达上调，包括MMP-12、TNF-α、IL-1β等的表达，这些细胞因子在血管构筑的动态平衡过程中发挥重要作用。

本研究中，动物颅内血管网络存在“动脉生成”的始动因素，但“动脉生成”的强度不够明显。这一点与临床上遇到的大多数患者的情况相似，即脑血管造影发现某根血管发生狭窄或闭塞，但侧支循环的代偿不够充分，进而表现出临床症状。当在本组治疗组中给予GM-CSF时，可能刺激了更多单核细胞、巨噬细胞与内皮发生黏附，进而移至细胞外膜，在上述众多细胞因子的作用下，细胞外基质不断降解，进而血管再塑过程启动，侧支血管管径不断增粗。当增粗的侧支血管使传导血管的阻力降低时，压力梯度便会回落至“静态”水平，从而在新的水平达到血管重塑的动态平衡。

本研究表明，在血管重塑的起始阶段给予GM-CSF，可以明显增加颅内后分水岭区血管密度和传导动脉的管径，早期应用GM-CSF可能是诱导侧支循环形成治疗血液动力性脑缺血有效的方法。

[1] Seiler C, Pohl, T, Wustmann K, et al. Promotion of collateral growth by granulocyte-macrophage colony-stimulating factor in patients with coronary artery disease： a randomized, double-blind, placebocontr-olled study[J]. Circulation, 2001,104(17)： 2012-2017.

[2] Vincent KA, Jiang C, Boltje I, et al. Gene therapy progress and prospects： therapeutic angiogenesis for ischemic cardiovascular disease[J]. Gene Ther, 2007,14(10)： 781-789.

[3] Zhang GY, Chen ZQ, Ling F, et al. Establishment of a novel hemodynamic cerebral ischemia model of atherosclerotic rabbit[J]. Neurol India, 2010,58(2)： 191-194.

[4] 张桂运,王硕,王岩,等.动脉粥样硬化兔不同程度血液动力性脑缺血模型的建立[J].同济大学学报： 医学版,2011，32(2)： 15-18.

[5] 张桂运,陈左权,凌锋，等.超选择造影与实时乳胶灌注在兔脑动脉系统研究应用[J].中华神经外科杂志，2009，25(10)： 950-953.

[6] Buschmann IR, Busch HJ, Mies G， et al. Therapeutic induction of arteriogenesis in hypoperfused rat brain via granulocyte-macrophage colony-stimulating factor[J]. Circulation, 2003,108(5)： 610-615.

[7] Waltenberger J, Lange J, Kranz A. Vascular endothelial growth factor-A-induced chemotaxis of monocytes is attenuated in patients with diabetes melli-tus： a potential predictor for the individual capacity to develop collaterals[J]. Circulation, 2000,102(2)： 185-190.

Effect of GM-CSF on collateral arteriogenesis of posterior cerebral circulation in rabbits with hemodynamic ischemia

ZHANGGui-yun1,CHENZuo-quan2,LINGFeng3

(1. Dept. of Neurosurgery, Tongji Hospital, Tongji University, Shanghai 200065, China; 2. Dept. of Neurosurgery, Tenth People’s Hospital, Tongji University, Shanghai 200072, China; 3. Dept. of Neurosurgery, Xuanwu Hospital, Capital Medical University, Beijing 100053, China)

Objective To investigate the effect of GM-CSF on collateral arteriogenesis of posterior cerebral circulation in rabbits with hemodynamic ischemia. Methods Forty New Zealand rabbits were randomly divided into five groups (control group, sham operation group, model group, GM-CSF group and saline control group). In all the groups except the control one, the right subclavian artery proximal to the orifice of vertebral artery was ligated. Results Compared to the control group, the diameters of resistant arteries in posterior watershed, posterior communicating arteries and posterior cerebral arteries were enlarged significantly as well as the vascular density in GM-CSF group; and partial resistant arteries in posterior watershed were transformed into conductive arteries. The similar results were seen in the model group, but there was no statistical significance compared to the control group. Conclusion GM-CSF exerts a positive effect on collateral arteriogenesis of posterior cerebral circulation in rabbits with hemodynamic ischemia.

granulocyte-macrophage colony-stimulating factor; collaterals; arteriogenesis; ischemia

10.16118/j.1008-0392.2015.01.002

2014-08-08

国家自然科学基金(30872678)

张桂运(1976—)，男，主治医师，博士.E-mail： zgy1126@sina.com

陈左权.E-mail： chenzq-tongji@163.com

R 743.31

A

1008-0392(2015)01-0005-04