肝脏特异性Nampt 基因敲除对缺血性脑卒中的影响

青胜利，王淑娜，汪东昇，吕小群，徐添颖，缪朝玉（1.海军军医大学：a.药学系药理学教研室,b.麻醉系麻醉药理学教研室，上海 00433；.复旦大学附属金山医院药剂科，上海 01508）

在我国成人死因中，脑卒中位列第一，全球第二[1-2]。在所有的脑卒中患者中，有78%的患者是缺血性脑卒中，其他为出血性脑卒中[3]。脑卒中的治疗药物很少，目前FDA 唯一批准的药物只有组织纤溶酶原激活剂。但是，由于其治疗窗口狭窄、有禁忌证和并发症风险，组织纤溶酶原激活剂仅适用于3%～5%的脑卒中患者[2]。因而，寻求新的治疗靶点和手段显得十分重要。

烟酰胺磷酸核糖转移酶(Nampt)又被称作内脏脂肪素，也是一种脂肪因子。它还有一个名称是PBEF，是合成哺乳动物细胞内烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的关键限速酶[4]。最近的研究证明了Nampt 可以作为缺血性脑卒中治疗新靶点[2-3,5-7]。Nampt 治疗缺血性脑卒中的作用机制包括急性期的脑保护以及慢性期的促血管修复和神经再生作用。这些作用机制通过体内体外试验在神经细胞、内皮祖细胞和神经干细胞得到证实。NAD+在细胞能量维持中起着关键作用[8]，而Nampt 可以通过补救合成途径促进哺乳动物中NAD+生物合成，影响ATP 的产生，对抗缺血性脑卒中后的供能不足，维持细胞内能量稳态，抑制神经细胞死亡[3]。

Nampt 既可存在于细胞内，也可以分泌到细胞外[9]。从细胞分泌出来后可以存在于血液中，与高血压、糖尿病等多种疾病相关[10,11]。在缺血性脑卒中发生后，外周血液的Nampt 会显著性升高[12-13]。局部脑组织内Nampt 对缺血性脑卒中的保护作用已经十分明确，而脑外组织来源的Nampt 对缺血性脑卒中的作用研究较少。已知肝脏细胞可以分泌Nampt，并且肝脏被认为是血液Nampt 的主要组织来源之一[3,14-15]。本研究主要通过Cre/loxP 重组酶系统特异性敲除肝脏Nampt 基因的表达，利用大脑中动脉阻塞(MCAO)缺血性脑卒中模型，研究肝脏来源的Nampt 是否参与缺血性脑卒中的保护，为进一步明确Nampt 作为缺血性脑卒中治疗新靶点的重要意义，为探究外周器官参与缺血性脑卒中损伤及修复的新机制打下基础。

1 实验材料

1.1 实验动物

NamptloxP/loxP小鼠(南京医科大学王强教授实验室赠予)和Albumin-Cre 小鼠(上海南方模式生物科技发展有限公司)。动物自由饮水、进食；环境温度控制在(25±1) ℃，相对湿度40%～60%，昼夜均为12 h。所有动物实验均符合实验动物伦理学要求。

1.2 实验仪器

PCR 仪(TaKaRa)，M200 PRO 多功能酶标仪(瑞士Tecan 公司)，SC12 型水平电泳槽(北京凯元信瑞仪器有限公司)，FR-980A 生物电泳图像分析系统(上海复日科技有限公司)，红外激光扫描成像系统(LI-COR)，蛋白电泳、转膜系统(上海天能科技有限公司)，高通量组织研磨仪(上海万柏生物科技有限公司)，颅骨钻(广州坤图生物科技有限公司)，CHR 多功能手术仪(武汉春光医疗美容仪器有限公司)。

1.3 实验试剂

小鼠鉴定引物(上海生工生物工程股份有限公司)序列如表1 所示。

表1 基因型鉴定引物

鼠尾基因组DNA 提取试剂盒(康为世纪生物科技有限公司)，多聚甲醛(博光生物科技有限公司)，GAPDH 抗体和BCA 蛋白浓度试剂盒(上海碧云天生物技术有限公司)，PBEF 抗体(F-8)(Santa Cruz Biotechnology)，Premix TaqTM(TaKaRa)，硝酸纤维素转移膜(Whatman)，IRDye®800CW Donkey anti-Mouse IgG 二抗(LI-COR)，血浆Visfatin 检测试剂盒(Phoenix Pharmaceuticals,Inc)，2，3，5-氯化三苯基四氮唑(BBI Life Science)，异戊巴比妥(BIOSZUNE LIFE SCIENCES DEP)，水合氯醛(国药集团化学试剂有限公司)。

2 实验方法

2.1 肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠的培育

白蛋白(Alb)仅在肝脏中表达。目前，Alb 基因启动子作为肝脏特异性启动子被广泛用于制备肝脏特异性基因敲除小鼠模型[16]。NamptloxP/loxPAlb-Cre 及其同窝对照NamptloxP/loxP小鼠由NamptloxP/loxP和Alb-Cre 两种小鼠杂交获得。培育过程如图1：①将NamptloxP/loxP小鼠与Alb-Cre 小鼠交配，筛选获得NamptloxP/WTAlb-Cre，②NamptloxP/WTAlb-Cre 与NamptloxP/loxP小鼠交配，得到NamptloxP/loxPAlb-Cre，③最后将NamptloxP/loxPAlb-Cre 与NamptloxP/loxP交配，得到用于实验的NamptloxP/loxPAlb-Cre(即liverspecific Nampt knockout mice，以下简称LNKO)及其同窝对照NamptloxP/loxP小鼠(以下简称WT)，用引物1 对其子代进行基因型鉴定。实验中①②③交配使用的NamptloxP/loxP小鼠全部用NamptloxP/loxP与NamptloxP/loxP小鼠交配所得，用引物2 对其子代进行基因型鉴定。

图1 肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠的培育

2.2 肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠的鉴定

2.2.1 提取DNA

剪取5 周龄小鼠尾巴约0.5 cm。置于1.5 ml离心管中，剪碎后，按照鼠尾基因组DNA 提取试剂盒(康为世纪生物科技有限公司)说明书进行提取。

2.2.2 PCR 扩增

扩增小鼠DNA，扩增程序如图2，扩增体系20 μl：Premix TaqTM10 μl，引物1 μl (5 μm)，DNA 溶液2 μl，ddH2O 体积为7 μl，混合均匀后放入PCR 仪进行扩增。NamptloxP/loxPAlb-Cre 与NamptloxP/loxP交配得到的子代用引物1 和扩增程序图2A 进行鉴定，NamptloxP/loxP与NamptloxP/loxP交配得到的子代，理论上都为NamptloxP/loxP，用引物2 和扩增程序图2B 进行鉴定。

图2 鼠尾DNA PCR 鉴定扩增程序

2.2.3 琼脂糖电泳

配制2%的琼脂糖凝胶(琼脂糖凝胶未凝固前每10 ml 加入1 μl 的gelRed 试剂)，在水平100 V电泳槽中电泳30 min。

2.2.4 凝胶成像

最后用生物电泳图像分析系统，在312 nm 紫外线下拍摄成像。

2.3 肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠肝脏、脑Nampt 蛋白的表达

用1%异戊巴比妥腹腔麻醉小鼠(100 mg/kg)，心脏取血后，取出小鼠的肝脏、脑，用高通量组织研磨仪对组织进行匀浆，在4 ℃，12 000×g的条件下，离心20 min 后取上清液，用BCA 法进行蛋白定量，通过蛋白免疫印迹法检测Nampt 蛋白。

2.4 MCAO 模型的制备

2.5 MCAO 造模24 h 后神经行为学损伤评分

神经行为学损伤评分采用5 分法[17]。0 分：正常，无神经功能缺损；1 分：瘫痪侧前爪不能完全伸展，轻度神经功能缺损；2 分：行走时，小鼠向瘫痪侧转圈，中度神经功能缺损；3 分：行走时，小鼠身体向瘫痪侧倾倒，重度神经功能缺损；4 分：不能自发行走，有意识丧失。

2.6 TTC 染色评估脑梗死体积

MCAO 造模24 h 后将小鼠麻醉，断头取出脑，放入−20 ℃冷冻15～20 min，再用刀片将全脑冠状切出6 片1 mm 厚的脑片，去掉尾部带有嗅球、小脑和低位脑干的部分。脑片用37 ℃预热的2%TTC 染色，37 ℃避光染色30 min，正常组织为红色，梗死组织为白色。4%多聚甲醛固定1 h 后，用滤纸吸干液体再取出脑片，用扫描仪扫描脑片，用Image J 计算梗死面积，以测量梗死脑组织体积占总测量脑片体积的百分比作为衡量脑梗死的指标。每片切片的脑梗死体积=(该切片双面梗死面积之和÷2)×层厚，相对脑梗死体积(%)=(全部切片梗死体积之和÷全部切片体积之和)×100%。

2.7 血浆Nampt 的测定

小鼠心脏取血得到血浆后，用ELISA 法测定Nampt 的含量。测定步骤按照血浆Visfatin 检测试剂盒说明书进行。

2.8 统计学分析

采用GraphPad Prism 8.0 软件对数据进行统计分析，实验数据用(±s)表示，通过独立样本t检验分析组间差异的显著性，以P<0.05 为具有统计学差异。

3 结果

3.1 肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠的鉴定

核酸电泳条带为150 bp+351 bp+390 bp 的为NamptloxP/loxPAlb-Cre，即LNKO 小鼠，核酸电泳条带为351 bp 的为NamptloxP/loxP，即WT 小鼠。小鼠基因型鉴定结果如图3 所示，从左到右，泳道1 为DNA Maker，泳道2 和3 为WT 小鼠(351 bp)，泳道4 和5 为LNKO 小鼠(150 bp+351 bp+390 bp)。

图3 肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠鉴定电泳图

3.2 肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠体重测定

比较各组小鼠12 周龄的体重。如图4 所示，WT 雄性小鼠的体重为(25.31±1.91) g，LNKO 雄性小鼠的体重为(25.19±1.17) g，WT 雌性小鼠的体重为(19.79±1.19) g，LNKO 雌性小鼠的体重为(20.36±1.79) g。同一性别中，LNKO 和WT 小鼠体重比较没有显著性差异。WT 小鼠中，雄鼠比雌鼠平均重5.52 g(P<0.001)。LNKO 小鼠中，雄鼠比雌鼠平均重4.83 g (P<0.001)。以上结果说明特异性敲除肝脏Nampt 基因表达，对小鼠的体重无影响。

图4 12 周龄肝脏特异性 Nampt 基因敲除小鼠体重情况(n≥7)

3.3 肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠肝脏、脑组织Nampt 蛋白的表达

为进一步验证成功培育肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠，提取各组小鼠的肝脏和脑组织蛋白，通过蛋白免疫印迹验证两种组织中Nampt 蛋白的表达。如图5A 所示，同一性别肝脏组织中，LNKO 小鼠Nampt 蛋白表达水平都显著性低于其对照WT 小鼠，其中LNKO 雄性小鼠Nampt 蛋白表达水平比WT 雄性小鼠降低了67.1%；LNKO 雌性小鼠Nampt 蛋白表达水平比WT 雌性小鼠降低了81.3%。如图5B 所示，在脑组织中，LNKO 小鼠Nampt 蛋白表达水平与其对照小鼠相比无显著性差异。蛋白免疫印迹结果进一步证明，肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠被成功构建。

图5 肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠肝脏、脑组织中Nampt 蛋白的表达(n=3)

3.4 生理条件下肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠血浆Nampt 蛋白水平

根据血浆Visfatin 检测试剂盒的数据处理方法，测量Nampt 蛋白的标准品(浓度依次为0.1、1、10、100、1 000 ng/ml)在450 nm 处的吸光度（A）值，对数据进行四参数Logistic 曲线拟合得到图6A，R2=1，曲线拟合效果很好。

在喀什噶尔河流域的灌溉区域规划和管理。供水系统适用于不同的行政管辖和管理。水管理有很多缺点。例如，库尚河的上游和下游地区由河流管理管理局管理，中西部地区由河流管理总局管理，由河流管理管理局管理，由河流管理管理部门管理。在卡什卡河、河川和河谷管理的水库管理部门管理着卡什卡河流域管理部门的管理部门，由水利局管理，水的一部分来自库克湾的粥镇。河流相互依赖，相互依赖。由于水资源的复杂管理地位，缺乏单一的管理和水资源管理、工程规划、建筑、开发、甚至管理都将受到洛林主义和复杂管理的影响。河流域的限制还没有完全排水系统。

根据拟合曲线方程和样品的吸光度值，计算各组小鼠血浆Nampt 蛋白浓度。如图6B 所示，同一性别对应的LNKO 与WT 小鼠血浆Nampt 蛋白浓度无显著性差异，LNKO 与WT 小鼠的血浆Nampt蛋白浓度也无显著性差异。只有LNKO 雄性组的血浆Nampt 蛋白平均浓度比LNKO 雌性组略升高0.91 ng/ml(P<0.05)。

图6 生理条件下肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠血浆Nampt 蛋白表达(n≥6)

3.5 肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠MCAO 造模24 h 后相关指标评价

MCAO 造模43 只小鼠，成功造模38 只，其中WT 雄性小鼠11 只，LNKO 雄性小鼠8 只，WT 雌性小鼠11 只，LNKO 雌性小鼠8 只，造模成功率为88.37%。

3.5.1 肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠MCAO 造模24 h 后脑梗死情况

图7A 显示各组典型脑片TTC 染色，白色是梗死区。图7B 代表统计后各组相对脑梗死体积。MCAO 造模24 h 后，相对脑梗死体积数据如下：WT 雄性组为(16.14±1.78)%，LNKO 雄性组为(17.71±2.08)%，WT 雌性组为(16.85±3.36)%，LNKO 雌性组为(18.68±4.50)%。各组在MCAO 造模24 h 后的相对脑梗死体积无显著性差异。

图7 肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠MCAO 造模24 h 后脑梗死情况(n≥8)

3.5.2 肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠MCAO 造模24 h 后神经行为学损伤评分

神经行为学损伤评分数据如表2 所示。造模24 h 后，各组小鼠以轻度神经功能损伤为主，瘫痪侧前肢不能完全伸展；每组都存在部分发生中度神经功能损伤，行走时向瘫痪侧转圈。各组在MCAO 造模24 h 后神经行为学评分无显著性差异，而且各组神经行为学评分高低与相对脑梗死体积一致。

表2 各组小鼠MCAO 造模24 h 后神经行为学损伤评分 (n≥8)

3.5.3 肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠MCAO 造模24 h 后血浆Nampt 蛋白水平

MCAO 造模24 h 后，各组血浆Nampt 蛋白平均浓度：WT 雄性组为(6.26±0.98) ng/ml，LNKO 雄性组为(6.44±1.03) ng/ml，WT 雌性组 为(5.28±0.86) ng/ml，LNKO 雌性组 为(5.70±0.80) ng/ml。如图8 所示，LNKO 及其同窝对照WT 小鼠在MCAO 造模24 h 后血浆Nampt 蛋白表达无显著性差异。

图8 肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠MCAO 造模24 h 后血浆Nampt 蛋白表达(n≥6)

4 讨论

本研究利用Cre/loxP 重组酶系统成功构建肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠，并证实肝脏来源Nampt 对缺血性脑卒中没有明显保护作用。

Cre/loxP 重组酶系统介导的基因打靶方法是目前应用最为广泛的基因条件性敲除方法。loxP 序列中的特殊回文结构可以被Cre 酶特异性识别结合并催化两个loxP 序列之间的片段发生同源重组，进而实现对该片段的基因敲除。我们通过基因鉴定和肝脏Nampt 蛋白免疫印迹从基因和蛋白两个层面对该动物模型进行验证，结果都表明小鼠肝脏Nampt 基因被特异性敲除。以同窝对照为阴性对照，监测两组小鼠的一般状况，发现其体重、活动状态等无显著差异。有研究曾比较10、55、110 周雌性肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠与对照小鼠体重，两者无显著性差异，这与本研究结果一致[16]。

Nampt 是一种脂肪细胞因子，可由脂肪组织大量分泌。除此以外，其他如肝细胞，白细胞，单核细胞，B 细胞，心肌细胞和各种神经细胞也可分泌Nampt，目前认为脂肪、肝脏和白细胞是血液Nampt 来源的主要器官[3]，但是血液中Nampt 的各组织分泌的贡献率并不是十分清楚。本研究首次显示特异性敲除小鼠肝脏Nampt 基因的表达并不能显著影响生理情况下血浆Nampt 蛋白浓度，这是基于肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠的一个在体研究结果，不同于前期的相关研究。前期研究报道了肝脏HepG2 细胞[15]、大鼠来源肝细胞[14-15]和原代人的肝细胞[15]可以大量分泌Nampt 蛋白，这些结论主要基于的都是体外的细胞实验，没有研究整体的动物和人。本研究结果说明生理状态下肝脏Nampt 的分泌水平可能相对较低，对血液Nampt 的贡献率不如脂肪组织。肝脏特异性Nampt 基因敲除导致的Nampt 分泌减少在生理状态下可能仍然能够被脂肪等组织很好地代偿，因而血浆Nampt 水平不改变。在这点上，脂肪特异性Nampt 基因敲除对血液Nampt 水平的影响更大。Yoon 等[18]发现雌性脂肪特异性Nampt 基因敲除鼠的血浆Nampt 水平显著低于雌性对照鼠。此外，研究结果说明肝脏特异性敲除Nampt 基因表达后，性别因素并不显著影响肝脏对血液Nampt 的贡献率，这与脂肪特异性Nampt 基因敲除小鼠有所不同[18]。

但是肝脏特异性Nampt 基因敲除是否影响外周血Nampt 水平还可能与病理状态和禁食因素等有关。有研究报道与健康对照组相比，肝硬化患者的血液Nampt 水平显著升高[19]，提示病理状态时肝脏对血液Nampt 的贡献会发生改变。另一方面，血液Nampt 水平受禁食因素影响，所以检测结果和动物进食状态有关。有研究发现禁食会升高Nampt 血液水平[18]。本研究在未禁食下检测，肝脏特异性Nampt 基因敲除不改变血液Nampt 水平。但在禁食状态下，各组织对血液Nampt 贡献情况很可能会发生改变，从而引起血液Nampt 水平变化。本研究所反映的仅是在非禁食的生理状态下以及脑缺血后的肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠的外周血Nampt 水平，在其他条件下肝脏特异性Nampt 基因敲除是否对血液Nampt 水平有影响有待进一步研究。

本研究的一个重要目的是确认肝脏来源Nampt 是否参与脑缺血损伤及修复。在缺血性脑卒中时，机体除了调动脑内细胞的Nampt 发挥保护作用，肝脏来源的Nampt 是否也参与了机体的内在防御修复作用仍属未知。本研究采用电凝法制备脑卒中模型和肝脏特异性Nampt 基因敲除动物开展研究。电凝法手术在直视下操作，手术中出血量少，造模成功率高，导致的脑缺血效果稳定，可模拟永久性脑梗死。造模后小鼠出现轻度到中度神经功能损伤，脑片TTC 染色出现白色梗死区域，说明电凝法可成功制备MCAO 模型。肝脏特异性Nampt 基因敲除小鼠肝脏Nampt 蛋白表达下降，而脑内Nampt 蛋白表达不受影响，非常适合本课题的研究目的。研究结果显示，同一性别，与野生型相比，肝脏特异性Nampt 基因敲除并不影响脑卒中的相对梗死体积和神经行为学评分，说明肝脏来源Nampt 不主要参与脑缺血损伤及修复。这一结果的原因可能与肝脏来源Nampt 对血液Nampt 的贡献率不大有关。血液Nampt 的水平是外周Nampt发挥脑生物学功能的基础。在正常条件下，本研究已证实肝脏来源Nampt 对血液Nampt 的贡献率不大。在脑卒中条件下，卒中后24 h 肝脏特异性Nampt 基因敲除组和对照组小鼠血液Nampt水平无显著性差异，也说明肝脏来源Nampt 对卒中后血液Nampt 变化的贡献率不大。

本研究显示，肝脏特异性Nampt 基因敲除后，雄性小鼠比雌性小鼠血浆中Nampt 表达水平略高，但是后续这两种性别小鼠在缺血后脑梗死面积并没有显著性差异。在生理状态下，LNKO 雄性比LNKO 雌性血液Nampt 水平表达略高。脑卒中24 h后，LNKO 雄性小鼠比LNKO 雌性小鼠血液Nampt水平有升高趋势，但无统计学差异。这两个血液水平的结果是比较一致的。同样，从脑梗死结果来看，虽然LNKO 雌性小鼠的脑梗死体积和LNKO雄性小鼠相比无统计学差异，但是有升高趋势。从行为学评分来看，LNKO 雌性小鼠的神经功能学损伤评分相比LNKO 雄性小鼠也有升高趋势。这两个结果与血液水平也是总体一致的。

血液水平Nampt 改变仅仅是影响脑梗死严重程度的一个因素，组织水平Nampt 改变也会影响脑梗死程度。不仅如此，动物的个体差异，手术操作的差异，也会影响脑梗死程度。因此，在现有的动物例数下，两种性别的小鼠在缺血后脑梗死面积并没有统计学差异。后续可以考虑进一步扩大例数，确认两种性别小鼠在脑梗死程度上是否存在差别，并同时观察脑组织Nampt 水平是否在两种性别小鼠脑缺血模型上有差别，以明确不同性别小鼠外周来源Nampt 和脑组织Nampt 对卒中的影响是否存在差异。

Nampt 是防治脑卒中的内源性靶点[3]，是兼具有多种重要功能的脂肪因子。已知Nampt 可被分泌入血，血液Nampt 具有酶活性，有生物学功能[12]。外周来源Nampt 很可能是机体维持生理稳态，在病理状态下加强防御、促进修复的重要内源性调控因子。因此，确认Nampt 的血液来源和探究血液Nampt 的潜在生物学功能具有重要意义。本研究首次确认了肝脏来源Nampt 对生理状态血液Nampt 的贡献情况和对脑缺血损伤的作用，为后续研究打下了重要基础。当然，本研究也存在不足，比如仅观测卒中后24 h 的情况，未观察多个时间点的卒中情况，以及卒中慢性恢复期的情况。血液Nampt 的另一个主要来源是脂肪，脂肪来源Nampt 对血液Nampt 的贡献情况已有报道[18]，但对脑缺血损伤的作用尚未见报道。这些都有待进一步研究探索。