蔣 紅,何 雯,張 晨
(新疆醫(yī)科大學(xué)1.公共衛(wèi)生學(xué)院,2.第五附屬醫(yī)院,新疆烏魯木齊 830011)
心肌肥厚是人類心血管疾病的主要危險(xiǎn)因子,在醫(yī)學(xué)界早已形成共識(shí),主要表現(xiàn)為心肌細(xì)胞蛋白增加、細(xì)胞體積增大、間充質(zhì)成分改變以及心臟順應(yīng)性和循環(huán)功能降低,且多種因素參與了心肌肥厚的形成[1]。心肌肥厚時(shí),心肌標(biāo)志蛋白表達(dá)水平升高,發(fā)生心肌細(xì)胞肥大,同時(shí)伴隨有心肌細(xì)胞外間充質(zhì)增多、心臟質(zhì)量增加,還伴有心肌成纖維細(xì)胞的增殖與轉(zhuǎn)化,以及心肌間充質(zhì)纖維化等病理改變,病理性心肌肥厚最終將導(dǎo)致心肌病和心衰[2]。其中,腎素-兒茶酚胺系統(tǒng)是與心肌肥厚發(fā)生發(fā)展有直接關(guān)系的神經(jīng)體液因素。去甲腎上腺素(norepinephrine,NE)是兒茶酚胺中的一種,能激活相應(yīng)受體與G蛋白(Gq和Gs蛋白受體)偶聯(lián),激活相應(yīng)的細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路,參與心肌肥厚的發(fā)生,表現(xiàn)為細(xì)胞蛋白含量、蛋白合成及體積均增大,但細(xì)胞數(shù)目無明顯變化,說明對(duì)細(xì)胞增殖沒有影響。NE通過激活α1和β腎上腺素能受體。α1受體激活后,可激活細(xì)胞內(nèi)磷酸酯酶C(phosphatase C,PLC),水解磷脂酰肌醇4,5-雙磷酸(phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate,PIP2),升高肌醇三磷酸(inositol triphosphate,IP3)和甘油二酯(diglyceride,DAG),DAG的升高可激活蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)。β受體激活后可活化腺苷酸環(huán)化酶(adenyl cyclase,AC),使ATP轉(zhuǎn)變成cAMP,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)cAMP蓄積,進(jìn)而激活PKA。PKA可使許多在心臟收縮中起作用的蛋白磷酸化,包括L型鈣通道蛋白、肌質(zhì)網(wǎng)受體蛋白和肌鈣蛋白等,增強(qiáng)它們的活性,進(jìn)而增強(qiáng)心肌的收縮。PKC和PKA的激活是導(dǎo)致心肌肥厚的關(guān)鍵步驟,二者都可激活MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,引起心肌肥厚[3-4]。異葉青蘭總黃酮(total flavonoids ofDracocephalum heterophyllumbenth,TFDH)是維吾爾族及藏族民間傳統(tǒng)用藥,有研究表明,其可治療高血壓、肺熱咳嗽和支氣管炎等,具有良好的抗氧化、保護(hù)心肌、治療冠心病和降血壓等作用[5]。鑒于此,本研究擬在NE誘導(dǎo)的新生SD大鼠心肌細(xì)胞肥大模型基礎(chǔ)上,觀察TFDH對(duì)心肌細(xì)胞肥大作用的影響,從離體水平上探討TFDH對(duì)心肌細(xì)胞肥厚的抑制作用。
出生0~3 d的SD大鼠,由新疆醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供,許可證號(hào):SCXK(新)2003-0001。飼養(yǎng)于新疆醫(yī)科大學(xué)SPF環(huán)境,許可證號(hào):SCXK(新)2011-0004。
TFDH由中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所提供,提取率為3.76 mg·g-1,經(jīng)鑒定總黃酮含量為57.97%;D-Hanks溶液、胰蛋白酶、5-溴脫氧尿嘧啶核苷(BrdU)、CCK-8檢測(cè)試劑盒和NE均購(gòu)自美國(guó)Sigma公司;Ⅱ型膠原酶購(gòu)自美國(guó)Worthington公司;DMEM培養(yǎng)基和胎牛血清購(gòu)自美國(guó)Gibco公司;抗心肌肌鈣蛋白T抗體和Dy Light594標(biāo)記驢抗大鼠IgG二抗購(gòu)自英國(guó)Abcam公司;逆轉(zhuǎn)錄酶試劑盒購(gòu)自德國(guó)Thermo科技有限公司;驢血清為北京索萊寶生物技術(shù)有限公司產(chǎn)品;NO測(cè)定試劑盒和Ca2+熒光探針Fluo-3 AM為江蘇碧云天生物技術(shù)研究所產(chǎn)品;NOS測(cè)定試劑盒、Ca2+-ATP酶測(cè)定試劑盒為南京建成生物工程研究所產(chǎn)品;定量PCR試劑盒購(gòu)置美國(guó)ABI公司。LSM 710共聚焦顯微鏡購(gòu)自德國(guó)Leica公司;逆轉(zhuǎn)錄儀為伯樂生命醫(yī)學(xué)產(chǎn)品(上海)有限公司Bio-Rad產(chǎn)品;定量PCR儀為美國(guó)ABI 7500產(chǎn)品。
無菌開胸,迅速取出心臟,置于盛有4℃的D-Hanks溶液中,減去整個(gè)心臟的1/3~1/2,留心尖部心室組織,剪碎后加入0.1%的胰蛋白酶溶液,4℃振蕩過夜。次日加入與胰蛋白酶等量的含胎牛血清的高糖DMEM培養(yǎng)液,終止消化后,加入濃度為0.08%的Ⅱ型膠原酶置37℃水浴箱,以80次·min-1的頻率震蕩10 min,收集上清液,并以等體積的含胎牛血清的培養(yǎng)液終止消化,此步驟重復(fù)4~5次,到組織基本消失為止。完畢后用200目的尼龍篩網(wǎng)除去殘留的組織塊,接種于100 mm培養(yǎng)皿中,靜置90min差數(shù)貼壁后,取上清液,加入BrdU0.1mmol·L-1抑制非心肌細(xì)胞增殖,吹打均勻,細(xì)胞分別以3×106L-1密度接種于25 mm培養(yǎng)瓶、1.5×106L-1接種于60 mm培養(yǎng)皿、3×108L-1接種于96孔板和1×106L-1接種于6孔板中,置于5%CO2,37℃孵箱中培養(yǎng)。
將上述細(xì)胞用含10%小牛血清的DMEM培養(yǎng)液培養(yǎng)48 h后,換無血清培養(yǎng)液,按照處理分為細(xì)胞對(duì)照組、NE模型組和NE+TFDH組。細(xì)胞對(duì)照組和NE模型組加入PBS,NE+TFDH組分別加TFDH 10,25和50 μmol·L-1作用30 min,而后,除細(xì)胞對(duì)照組外,各組分別加入NE 2 μmol·L-1作用48 h。
將接種在96孔板的各組原代心肌細(xì)胞用含10%小牛血清的DMEM培養(yǎng)液培養(yǎng)48 h后,換無血清培養(yǎng)液,按1.4方法加藥處理后,用PBS洗3遍,每孔加入10 μL CCK-8檢測(cè)液孵育2 h,于酶標(biāo)儀430 nm波長(zhǎng)處檢測(cè)吸光度(A)值。檢測(cè)過程中設(shè)不加細(xì)胞的調(diào)零孔。每組設(shè)5個(gè)復(fù)孔。細(xì)胞存活率(%)=(給藥組A430nm-調(diào)零組A430nm)(/細(xì)胞對(duì)照組A430nm-調(diào)零組A430nm)×100%。
將接種在60 mm培養(yǎng)皿中的各組原代心肌細(xì)胞用含10%小牛血清的DMEM培養(yǎng)液培養(yǎng)48 h后,換無血清培養(yǎng)液,按1.4處理細(xì)胞48 h后,加入TRIzol試劑1 mL裂解細(xì)胞,收集細(xì)胞裂解液,氯仿抽提,異丙醇沉淀,用DEPC處理水回收總RNA,紫外分光光度計(jì)A260nm/A280nm鑒定其濃度及純度,并逆轉(zhuǎn)錄成cDNA。所用PCR引物由上海生工有限公司設(shè)計(jì),反應(yīng)條件:95℃ 30 s,95℃ 5 s,62℃ 20 s,40個(gè)循環(huán)。取1 μg cDNA進(jìn)行RT-PCR檢測(cè),將甘油醛-3-磷酸脫氫酶(GAPDH)作為內(nèi)參因子,以2-ΔΔct法計(jì)算目標(biāo)基因的相對(duì)表達(dá)水平。引物序列見表1。
Tab.1 Primer sequence for PCR
取出接種在6孔板的心肌細(xì)胞,按1.4方法藥物處理48 h后,棄培養(yǎng)基,用PBS清洗細(xì)胞3次,用4%多聚甲醛固定15 min,再用0.25%Triton X-100透化10 min,驢血清室溫封閉30 min,加入抗心肌肌鈣蛋白T抗體(1∶500)室溫孵育1 h。加入熒光二抗(1∶1000)避光室溫孵育1 h。避光加入0.1 mL DAPI 50 μg·L-1作用3 min。心肌細(xì)胞圖像通過 LSM 710激光共聚焦儀獲取。每次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)中,每組各取3孔細(xì)胞進(jìn)行處理。每孔細(xì)胞樣品隨機(jī)獲取4個(gè)不同視野的圖片,每個(gè)圖片取10個(gè)細(xì)胞,并通過Image-Pro Plus 6.0軟件測(cè)量3次實(shí)驗(yàn)的細(xì)胞表面積,以μm2表示面積。
取出接種在6孔板的心肌細(xì)胞,按1.4方法藥物處理48 h后,棄培養(yǎng)基,用PBS清洗3次,加入鈣離子探針 Fluo-3/AM(終濃度為 5 μmol·L-1)置于5%CO2,37℃培養(yǎng)箱內(nèi)孵育 45~60 min,PBS清洗3次,加入培養(yǎng)基,采用激光共聚焦顯微鏡每組隨機(jī)選擇20個(gè)細(xì)胞進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描,通過分析軟件分析細(xì)胞內(nèi)鈣離子熒光強(qiáng)度。同時(shí),取出接種在60 mm培養(yǎng)皿中的各組原代心肌細(xì)胞,按1.4方法藥物處理48 h后,用胰酶消化細(xì)胞,胎牛血清培養(yǎng)基中和胰酶,生理鹽水稀釋后離心20 min,吸出上清液后破碎細(xì)胞,酶促反應(yīng)測(cè)定磷的含量,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算酶活性。嚴(yán)格按試劑盒說明書進(jìn)行操作。
取出接種在25 mm培養(yǎng)瓶中的心肌細(xì)胞,按1.4方法藥物處理48 h后,收集細(xì)胞并制成細(xì)胞勻漿液。采用比色法測(cè)定NO濃度和NOS活性,嚴(yán)格按照試劑盒說明書操作。用酶標(biāo)儀于540 nm測(cè)定NO2-與Griess試劑反應(yīng)后溶液的吸光度,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算每孔NO水平。在530 nm測(cè)定吸光度,根據(jù)吸光度計(jì)算NOS活性。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)采用x±s表示,用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。兩組之間比較使用t檢驗(yàn);多組間比較采用單因素方差分析,各組間的兩兩比較用SNK-q檢驗(yàn),以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
CCK-8檢測(cè)結(jié)果顯示,與細(xì)胞對(duì)照組比較,NE模型組細(xì)胞存活率明顯下降(P<0.05);與NE模型組比較,NE+TFDH 25和50 μmo·L-1組細(xì)胞存活率顯著升高(P<0.05),且具有濃度依賴性(r=0.998,P<0.05)(圖1)。表明TFDH可使NE誘導(dǎo)肥大心肌細(xì)胞的存活率升高。
Fig.1 Effect of total flavonoids of Dracocephalum heterophyllum benth(THDH)on survival rate of myocar?dial cells induced by norepinephrine(NE).The cells were cultured for 30 min with TFDH 0,10,25 and 50 μmol· L-1,respectively,then NE 2 μmol·L-1was added and cultured for 48 h.±s,n=5.*P<0.05,compared with cell control group;#P<0.05 ,compared with NE group.
RT-PCR檢測(cè)結(jié)果顯示(表2),與細(xì)胞對(duì)照組相比,NE模型組ANP和β-MHC的mRNA表達(dá)均上調(diào),分別增加2.14±0.42和(2.03±0.19)倍(P<0.05);與NE 模型組比較,NE+TFDH 10,25和50 μmol·L-1組ANP和 β-MHC 的mRNA表達(dá)均下調(diào),其中以NE+TFDH 25和50 μmol·L-1處理組較為明顯(P<0.05),且具有濃度依賴性(r=-0.995,P<0.05;r=-0.997,P<0.05)。結(jié)果表明,TFDH可阻斷由NE誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞ANP和β-MHC mRNA表達(dá)上調(diào)。
Tab.2 Effect of TFDH on expression of mRNA of atrial natriuretic peptide(ANP)and β-myosin heavy chain( β-MHC) to myocardial cells induced by NE
Fig.2 Effect of TFDH on surface area of myocardial cells induced by NE observed by phase contrast microscopy.See Fig.1 for the cell treatment.A:cell control group;B:NE 2 μmol·L-1;C:NE+TFDH 10 μmol·L-1group;D:NE+TFDH 25 μmol·L-1group;E:NE+TFDH 50 μmol·L-1group.
使用Image-Pro Plus 6.0軟件計(jì)算各組心肌細(xì)胞表面積結(jié)果顯示(圖2),與細(xì)胞對(duì)照組心肌細(xì)胞表面積(178±29)μm2相比,NE 模型組心肌細(xì)胞明顯增大,為(274±38)μm2(P<0.05);與 NE模型組比較,NE+TFDH 10,25和50 μmol·L-1組心肌細(xì)胞表面積分別為242±43,223±32和(201±30)μm2,均明顯縮?。≒<0.05)。表明TFDH可緩解由NE誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞表面積增大。
與細(xì)胞對(duì)照組比較,NE模型組明顯使心肌細(xì)胞[Ca2+]i增加(P<0.05)和 Ca2+-ATP 酶的活性下降;與 NE模型組比較,NE+TFDH 10,25和50 μmol·L-1組均對(duì)心肌細(xì)胞[Ca2+]i有明顯的抑制作用(P<0.05),使Ca2+-ATP酶活性明顯增加(P<0.05),并呈濃度依賴性(r=0.995,P<0.05)(表3)。表明TFDH可抑制由NE誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞[Ca2+]i增加和Ca2+-ATP酶活性降低。
Tab.3 Effect of TFDH on[Ca2+]iand activity of Ca2+-ATP of hypertrophic cardiomyocytes induced by NE
比色法測(cè)定結(jié)果顯示(表4),與細(xì)胞對(duì)照組相比,NE模型組心肌細(xì)胞NO濃度和NOS活性明顯降低(P<0.05);與 NE 2模型組比較,NE+TFDH 10,25和50 μmol·L-1組心肌細(xì)胞NO 濃度和NOS活性明顯增加(P<0.05),并呈濃度依賴性(r=0.997,P<0.05)。表明TFDH可返轉(zhuǎn)NE誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞NO濃度和NOS活性降低。
Tab.4 Effect of TFDH on concentration of nitric oxide(NO)and activity of nitric oxide synthase(NOS)of hypertrophic cardiomyocytes induced by NE
本研究結(jié)果顯示,TFDH能明顯提高由NE誘導(dǎo)的肥大心肌細(xì)胞存活率、抑制心肌肥大標(biāo)志物ANP和β-MHC的mRNA表達(dá)以及減小肥大心肌細(xì)胞表面積,提示其對(duì)肥大心肌細(xì)胞起到了明顯的保護(hù)作用。筆者課題組前期研究發(fā)現(xiàn),TFDH可降低腎血管性高血壓大鼠的血壓,改善左心室舒縮功能和心肌收縮力,其機(jī)制可能與降低血循環(huán)、心肌組織和腎組織中的內(nèi)皮素水平,升高NO水平,調(diào)節(jié)體內(nèi)內(nèi)皮素與NO平衡狀態(tài)有關(guān)[7-8]。
本研究中,由NE誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大模型組中,NO濃度和NOS的活性均減低,提示NE一方面可引起心肌細(xì)胞肥大,同時(shí)可減低NO濃度和NOS活性,而這些作用均可能與α1受體和酪氨酸蛋白激酶受體不敏感的G蛋白介導(dǎo)有關(guān),通過增加外源性NO可防止NE誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大反應(yīng),提示NO除引起冠脈舒張、冠脈血流量增加和心肌收縮力下降外,可能在防止心肌肥厚反應(yīng)中起重要作用[9-11】。本研究結(jié)果顯示,TFDH抑制NE誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大的同時(shí),明顯升高心肌細(xì)胞勻漿液中NO的濃度和NOS的活性,而心臟中NO濃度升高可引起冠脈舒張血流量增加等,并抑制心肌肥厚。提示TFDH對(duì)心肌肥厚的保護(hù)作用可能與心臟NO濃度有關(guān)。
心肌肥大是一種由多種因素參與調(diào)節(jié)的復(fù)雜動(dòng)態(tài)過程,現(xiàn)已證實(shí)磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶通路、鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶通路、MAPK通路、NO/cGMP通路等多條信號(hào)通路均參與其病理過程[12-13]。在分子水平表現(xiàn)為心肌重構(gòu)時(shí)心肌細(xì)胞核內(nèi)基因表達(dá)模式改變、BNP和ANP表達(dá)上調(diào)、胚胎型成熟基因表達(dá)下降,以及心肌蛋白合成增加、單個(gè)細(xì)胞蛋白含量增高、心肌細(xì)胞肥大和收縮力減弱。本研究結(jié)果顯示,TFDH能明顯降低NE誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞ANP和β-MHC mRNA表達(dá),提示TFDH抑制心肌細(xì)胞肥大作用與多條信號(hào)傳導(dǎo)通路有關(guān)。同時(shí),心肌肥厚常伴有肌漿網(wǎng)鈣泵活性降低、Ca2+紊亂等,而心肌肌漿網(wǎng)Ca2+-ATP通過攝取和釋放Ca2+在心臟的舒張活動(dòng)中起重要作用。在心肌興奮收縮中,Ca2+參與了心肌動(dòng)作電位的形成,同時(shí)Ca2+還能直接與肌絲結(jié)合,引起心肌收縮。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度降低時(shí),Ca2+從肌鈣蛋白上解離下來,引起心肌舒張。Ca2+是細(xì)胞內(nèi)最重要的第二信使,通過出入胞漿傳遞多種生物信號(hào)調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育等途徑,其中包括調(diào)節(jié)心臟功能[14]。Ca2+也是心肌細(xì)胞肥大反應(yīng)的重要信號(hào)通路,而鈣調(diào)磷酸酶(calcineurin,CaN)和鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶Ⅱ(calmodulin dependent protein kinase,CaMKⅡ)是重要調(diào)節(jié)信號(hào)。胞內(nèi)Ca2+信號(hào)的改變是肥厚反應(yīng)的首要刺激,在心臟肥厚和基因表達(dá)中發(fā)揮中心作用,Ca2+依賴的CaN/NFAT途徑和CaMKⅡ/HDAC途徑均參與其中[13,15】。本研究結(jié)果顯示,TFDH抑制NE誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大的同時(shí)明顯降低心肌細(xì)胞Ca2+濃度和升高Ca2+-ATP酶的活性,并呈濃度依賴性,提示TFDH對(duì)心肌細(xì)胞Ca2+濃度和Ca2+-ATP酶活性的調(diào)節(jié)可能是其抗心肌肥厚的機(jī)制之一。
綜上所述,本研究顯示,TFDH對(duì)NE誘導(dǎo)的肥大心肌細(xì)胞具有明顯的保護(hù)作用,其機(jī)制可能與促進(jìn)NO釋放、調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度和Ca2+-ATP酶活性有關(guān)。其他的作用機(jī)制及細(xì)胞傳導(dǎo)信號(hào)通路還有待進(jìn)一步研究。
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