糖尿病大鼠脑缺血再灌注后线粒体超微结构动态变化及其对神经元损伤的影响研究

《European Journal of Medical Research》：Effects of different reperfusion durations on neuronal mitochondrial ultrastructure following cerebral ischemia in diabetic rats: a transmission electron microscopy study

本刊推荐：为阐明糖尿病加重脑缺血再灌注损伤的机制，研究人员通过STZ诱导糖尿病大鼠模型，结合双侧颈动脉阻断与低血压法建立脑I/R模型，利用透射电镜动态观察不同再灌注时间点（5小时、1天、7天）皮层神经元线粒体超微结构变化。结果发现糖尿病大鼠线粒体肿胀、嵴断裂更严重且恢复延迟，提示糖尿病通过损害线粒体修复能力恶化卒中预后，为靶向线粒体质量控制的治疗策略提供超微结构证据。

　　

在全球范围内，卒中已成为第二大死亡原因，而在中国更是位居死亡榜首。其中缺血性卒中占比高达83%，即使通过及时恢复血流挽救缺血脑组织，许多患者仍会遭受继发性脑损伤——脑缺血再灌注损伤（CIRI）。这种损伤涉及血管内皮损伤、细胞外基质崩解、细胞内钙超载、能量代谢紊乱等多重机制，最终导致神经元死亡。更严峻的是，糖尿病作为缺血性卒中的独立危险因素，正随着全球患病率的飙升而凸显其威胁：2021年全球约5.37亿成人罹患糖尿病，预计到2045年将增至7.83亿。中国糖尿病患病人数将从2010年的9700万增至2035年的1.43亿。约33%的缺血性卒中患者合并糖尿病，其死亡率和功能预后均显著恶化。因此，建立可靠的糖尿病脑缺血再灌注损伤动物模型，深入探究其细胞机制，对基础研究具有重要意义。

本研究发表于《European Journal of Medical Research》，旨在利用透射电镜（TEM）揭示糖尿病大鼠脑缺血再灌注（I/R）后线粒体超微结构损伤与修复的时序性变化规律。研究人员通过链脲佐菌素（STZ）诱导Wistar大鼠糖尿病模型，采用双侧颈总动脉阻断（BCCAO）结合低血压法建立脑缺血再灌注模型（缺血10分钟，再灌注5小时、1天、7天）。主要技术方法包括：神经功能缺损Longa评分、透射电镜样本制备（戊二醛-锇酸双固定、环氧树脂包埋、超薄切片铅铀染色）以及基于ImageJ软件的线粒体形态计量学分析（截面面积、周长、数值密度）。

Changes in mitochondrial and neuronal ultrastructure after cerebral ischemia-reperfusion

正常血糖组神经元核膜完整，染色质分布均匀，线粒体呈卵圆形或杆状，嵴结构清晰。而高血糖组和I/R组则出现核膜皱缩、线粒体肿胀、嵴排列紊乱甚至溶解断裂等超微结构损伤。

Mitochondrial damage score

采用基于细胞损伤分期的线粒体损伤评分系统（0-4分）量化评估。结果显示：未发生I/R时，糖尿病组评分（1.4±0.2）已显著高于正常血糖组（0.6±0.1）（p<0.01）；I/R后各时间点糖尿病组损伤评分均显著高于对应正常血糖组（p<0.01），证实糖尿病基础状态即存在线粒体脆弱性，且I/R后损伤加剧。

Results of quantitative morphometric analysis

形态计量学数据进一步验证：糖尿病I/R组在所有再灌注时间点的线粒体截面面积和周长均显著大于正常血糖I/R组，而数值密度显著降低（p<0.01）。两组均在再灌注5小时出现峰值肿胀，但糖尿病组至7天时线粒体参数仍显著差于自身对照组及正常血糖7天组（p<0.01），表明高血糖不仅加剧I/R初始损伤，更严重阻碍后续恢复。

研究结论与讨论部分强调：糖尿病通过多重机制（多元醇通路激活、晚期糖基化终末产物（AGE）形成、蛋白激酶C（PKC）活化等）加剧I/R损伤，促使线粒体活性氧（ROS）爆发和钙诱导的线粒体通透性转换孔（mPTP）开放，最终导致不可逆超微结构破坏。尤其重要的是，糖尿病环境可能通过抑制线粒体生物合成、线粒体自噬等修复机制，导致恢复期结构修复延迟。该研究首次通过时序性TEM形态计量学证实糖尿病不仅放大脑I/R早期线粒体损伤，更关键的是损害其内在修复能力，这为解释糖尿病卒中患者不良神经功能恢复提供了超微结构机制依据，也为靶向线粒体质量控制的治疗策略提供了精准干预靶点。