利用原位脑灌注技术对雌性小鼠模型中血脑屏障L-精氨酸摄取特性进行研究

《Fluids and Barriers of the CNS》：Characterization of blood-brain barrier L-arginine uptake using in situ brain perfusions in a female mouse model

　　

摘要

背景

精氨酸通过产生一氧化氮对中枢神经系统功能起着关键作用。其从血浆进入大脑的过程依赖于血脑屏障上的载体介导运输。虽然已经在大鼠模型中研究了精氨酸通过血脑屏障的运输动力学，但小鼠的饱和常数，如最大转运速率、半饱和常数和扩散常数仍不清楚。本研究的目的是确定负责精氨酸通过血脑屏障运输的转运蛋白，并在雌性小鼠模型中提供完整的动力学特征，包括整个大脑及不同区域的饱和动力学数据。

方法

采用原位脑灌注技术，用³H-精氨酸对BALBc小鼠进行灌注。通过在不同时间点（15-60秒）进行灌注，测定线性且单向的转运情况。通过向缓冲液中加入未标记的精氨酸并灌注45秒，来研究不同区域及整个大脑的饱和动力学特性。为维持生理渗透压，用铯替代钠以降低钠浓度，从而评估钠对转运的影响。通过添加盐酸或氢氧化钠，在pH值5.5–8的不同范围内，研究转运对氢离子的依赖性。此外，还通过加入哈马林、N-甲基马来酰亚胺、L-同型精氨酸、西咪替丁和2-氨基-2-降冰片烷羧酸等抑制剂，来鉴定负责精氨酸通过血脑屏障运输的转运系统，并进一步检测该系统对其他阳离子氨基酸，如L-赖氨酸和L-鸟氨酸的亲和力。通过计算抑制常数，来评估抑制剂在该转运蛋白上的亲和力。

结果

血脑屏障对精氨酸的吸收存在可饱和和不可饱和两种成分，整个大脑的K_in、K_M和V_max分别为0.25?±?0.02?×?10^?2 mL/s/g、55?±?10?μM和5.9?±?0.3?nmol/min/g。整个大脑的扩散常数为2.7?±?1.0?×?10^?4 mL/s/g。此外，区域数据表明小脑的V_max显著高于皮质组织（5.5?±?0.6 vs. 9.3?±?0.9?nmol/min/g）。精氨酸的转运对钠耗竭不敏感，在pH值7、7.4或8时也不受抑制，但在pH值5.5时会被显著抑制。它对BCH、哈马林、NMM和西咪替丁的抑制作用不敏感，但对L-同型精氨酸及其他阳离子氨基酸，如赖氨酸和鸟氨酸，则较为敏感。

结论

研究结果表明，小鼠主要通过一种阳离子氨基酸转运蛋白y+系统将精氨酸转运过血脑屏障。我们的研究支持了之前关于精氨酸通过血脑屏障载体介导运输的结论，同时通过在雌性小鼠模型中研究不同区域及整个大脑的完整米氏动力学特征，进一步丰富了相关数据。这些数据还表明，物种差异可能会影响血脑屏障对精氨酸的转运功能，且大脑不同区域对精氨酸的需求也存在差异。这些数据可为研究阳离子氨基酸平衡紊乱或精氨酸代谢异常，如精氨酸营养缺乏症的相关课题提供参考依据。