Increased Levels of Reactive Oxygen Species in Brain Slices after Transient Hypoxia Induced By a Reduced Oxygen Supply

由減少氧氣供應引起的短暫缺氧后腦切片中活性氧水平增加

來源: Neuropsychiatry (London), 2018, Volume 8, Issue 2, Pages 684-690

《神經精神病學》（倫敦），2018年，第8卷，第2期，第684-690頁

 

摘要

摘要指出，活性氧（ROS）在缺血-再灌注、缺氧-再氧合等損傷中起作用。本研究旨在闡明在由減少氧氣供應引起的缺氧后，腦切片中ROS生成、組織氧分壓（pO2）水平和氧化還原平衡變化之間的關系。方法包括使用光子成像法測量ROS依賴性化學發光，以及使用微傳感器測量組織pO2和氧化還原電位。結果發現，缺氧處理后，再氧合期間ROS依賴性化學發光強度 transiently 增強，組織pO2水平降低，氧化還原平衡向還原方向偏移，且ROS生成增加與pO2 transient 降低和氧化還原平衡偏移相關。

 

研究目的

研究目的是探究在由減少氧氣供應引起的短暫缺氧后，腦切片中ROS生成、組織pO2水平和氧化還原平衡變化之間的相互關系，以揭示缺氧-再氧合過程中ROS生成的機制。

 

研究思路

研究思路基于使用大鼠腦切片模型，進行缺氧-再氧合實驗。具體步驟包括：制備300μm厚的大鼠腦切片，在標準Krebs-Ringer溶液中預孵育，然后進行缺氧處理（95% N2/5% CO2）15分鐘，隨后再氧合（95% O2/5% CO2）120分鐘。在此期間，使用光子成像系統測量超氧化物依賴性化學發光（以lucigenin為探針）來量化ROS水平，同時使用丹麥Unisense的Clark型氧微電極和氧化還原微電極實時測量組織pO2和氧化還原電位。數據采集在normoxia、hypoxia和reoxygenation階段進行，并通過統計方法分析變化趨勢。

 

測量的數據及研究意義

1. 超氧化物依賴性化學發光強度數據：來自圖1。數據顯示，在normoxia條件下化學發光強度較低，缺氧期間下降，再氧合后 transiently 增強，峰值達到normoxia水平的10.5倍，平均再氧合期間強度為normoxia的7.6倍和hypoxia的42.3倍。研究意義：這直接證明了缺氧后ROS生成增加，揭示了再氧合階段氧化應激的增強，有助于理解腦損傷中ROS的作用機制。

 

2. 組織pO2水平數據：來自圖2。數據顯示，缺氧處理導致組織pO2顯著降低，再氧合后恢復至normoxia水平。研究意義：這表明缺氧引起組織氧氣供應不足，再氧合時pO2的transient變化與ROS生成相關，驗證了氧氣動力學在ROS產生中的關鍵角色。

 

3. 組織氧化還原電位數據：來自圖3。數據顯示，normoxia下氧化還原電位為約252 mV，缺氧期間偏移至-87 mV（向還原方向），再氧合后恢復。研究意義：這表明缺氧導致組織氧化還原平衡向“超還原”狀態偏移，這種偏移可能驅動ROS生成，提供了氧化還原狀態在細胞損傷中的分子基礎。

 

 

結論

結論是，由減少氧氣供應引起的缺氧后，ROS依賴性化學發光強度在再氧合期間 transiently 增強，這種增加與組織pO2的transient降低和氧化還原平衡向還原方向偏移相關。研究表明，組織中的“超還原”狀態可能參與缺氧后ROS生成的機制，為理解腦缺血等病理過程提供了新見解。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense電極測量組織pO2和氧化還原電位的數據具有重要研究意義。Unisense電極提供高空間分辨率（微米級）和實時測量能力，能夠精確捕捉腦切片在缺氧-再氧合過程中的氧氣動力學和氧化還原狀態變化。具體意義包括：第一，這些數據直接驗證了缺氧導致組織pO2降低和氧化還原平衡偏移，為ROS生成提供了環境證據；第二，通過實時監測，揭示了pO2和氧化還原電位的transient變化與ROS生成的時序關系，支持了線粒體電子傳遞鏈在ROS產生中的核心作用；第三，這種微傳感器技術避免了傳統方法的局限性，如低分辨率或延遲，使得在細胞水平上研究缺氧相關疾病機制成為可能，有助于開發針對ROS相關腦損傷的治療策略。