215006 江苏省苏州,南京医科大学附属苏州市立医院北区重症医学科(钱进先);
130000 长春,吉林大学第一医院心内科(崔妍);
215123 江苏省苏州,苏州大学独墅湖校区生理教研室(张国兴);潘赟、钱进先为共同第一作者
Department of ICU Affiliated Suzhou Hospital of Nanjing Medical University,Suzhou 215006, China(Qian JX);
Department of Cardiology, The First Hospital of Jilin University,Changchun 130000, China(Cui Y);
Department of Physiology, Medical College of Soochow University, 215123, China(Zhang GX)
丹参酮ⅡA(tanshinone ⅡA )是唇形科植物丹参的主要成分,几千年来在中国传统医学上被用于多种与微循环有关疾病的治疗[1]。在循环系统中,丹参酮ⅡA磺酸钠(TSS)可以减弱心肌细胞肥大,通过诱发冠状动脉扩张,减少心肌细胞损伤[2]。之前报道表明,在动物缺血-再灌注损伤模型中,TSS有改善心肌功能、减少梗死面积比例、抑制细胞凋亡等保护心肌作用[3, 4]。心肌缺血-再灌注损伤涉及多种作用机制,主要包括钙超载、活性氧过氧化(ROS)、NF-κB等,这些因素最终导致心肌死亡,心肌功能受损[5, 6, 7]。相反,心肌细胞死亡时激活自噬可以保护心肌损伤[8]。笔者之前的研究也表明心肌细胞缺血-再灌注损伤反应时,自噬标志物如Beclin-1和Lc3B/Lc3A表达增加[9],自噬上调可以保护心肌免受缺血-再灌注损伤。由此推测TSS的心肌保护作用可能与抗凋亡及诱导自噬有关。
1 材料与方法 1.1 实验动物及试剂10 周大的雄性SD大鼠,购自上海实验动物中心。丹参酮ⅡA磺酸钠由上海第一生化药业有限公司提供。抗Caspase-3抗体、抗Bax抗体、抗Lc3抗体、抗HMGB1抗体购自美国Abcam公司,抗Bcl-2抗体购自Immunoway公司,抗Beclin-1抗体、抗GAPDH抗体购自Santa Cruz公司,HRP标记的二抗购自美国Bioworld公司。
1.2 心肌缺血-再灌注模型雄性SD大鼠腹腔内注射10%的水合氯醛(350 mg/kg)麻醉,于胸骨左旁3、4肋间开胸暴露心脏,剪开心包。Sham组(n=10)大鼠开胸,心肌穿过缝线,但未结扎;I/R组(n=10)大鼠结扎,但未注射丹参酮ⅡA磺酸钠;其余大鼠结扎冠状动脉左前降支中1/3,以结扎的心肌组织颜色变灰作为结扎成功的标志,结扎30 min后释放缝线再灌注24 h[10]。将存活的大鼠分为3组:(1)TSS-L组(n=10) 大鼠结扎,注射15 mg/kg丹参酮ⅡA磺酸钠;(2)TSS-M组(n=9) 大鼠结扎,注射30 mg/kg丹参酮ⅡA磺酸钠;(3)TSS-H组(n=9) 大鼠结扎,注射70 mg/kg丹参酮ⅡA磺酸钠。
1.3 心肌功能检测心肌缺血-再灌注24 h后,用MAP心脏功能分析系统(上海奥尔科特生物科技有限公司)检测心脏血流动力学指标。分离出大鼠左侧股动脉和右侧颈动脉,分别置入聚苯乙烯PE-50导管。检测动脉收缩压、最大左室压力变化速度、左室舒张末压等反映心肌功能的血流动力学指标。
1.4 心肌梗死百分比计算心功能检测之后,取出心脏,用1%的伊文氏蓝4 mL左右进行冠脉灌注,沿结扎点处取心脏组织横切面(1~2 mm厚),放入装有PBS的培养皿中,加入适量TTC,室温下放置10 min后取出。心脏横切面中蓝色区域被伊文氏蓝染色,代表未受损心肌,红色区域代表心肌缺血区,缺血区中被TTC染成白色区域为心肌梗死区,梗死区与缺血区的比值为心肌梗死的百分比。
1.5 Western bolt分析收集研碎的心肌组织,细胞裂解液裂解心肌获得蛋白匀浆,BCA法定量蛋白,蛋白质印迹法检测Bcl-2、Bax、Caspase-3、Lc3B、Lc3A、Beclin-1及HMGB1等蛋白的表达。用ImagePro Plus6.0图像分析软件处理,以目的条带与内参GAPDH条带的灰度值比表示蛋白的相对含量。
1.6 统计学方法采用SPSS18.0 软件进行统计学分析,计量资料采用均数±标准差(x±s)表示,多组均数比较采用ANOVA分析,多组间两两比较采用LSD-t检验,以P<0.05为差异具有统计学意义。
2 结果 2.1 丹参酮ⅡA磺酸钠改善缺血-再灌注损伤心肌的功能SD大鼠再灌注24 h后,用MAP心脏功能分析系统检测心脏血流动力学指标。如表 1所示,与Sham组(83.8±2.9)mmHg相比,I/R组SAP显著下降(61.7±8.8)mmHg,差异具有统计学意义(t=3.824,P<0.05);TSS-M组使SAP升高 。与Sham组比较(4943±142),I/R组dp/dtmax(mmHg/s)(2 262±187,t=2.618,P<0.05)明显下降;TSS-L、TSS-M、TSS-H组dp/dtmax(mmHg/s)均有不同程度升高(3 265±120 vs.4 297±203 vs. 3 901±133,F=112.983,P<0.05),与Sham组比较(4 479±155),I/R组-dp/dtmax下降明显(2 047±161,t=-2.623,P<0.05);TSS-L、TSS-M、TSS-H组-dp/dtmax显著升高(2 787±257 vs. 4010±176 vs. 3 859±189,F=32.375,P<0.05)。DAP、Pmin差异无统计学意义(P>0.05)。结果提示,TSS能改善大鼠缺血-再灌注心肌的舒缩功能。
指标 | 假手术组 | 缺血-再灌注组 | 低剂量组 | 中剂量组 | 高剂量组 |
SAP(mmHg) | 83.8±2.9 | 61.7±8.8a | 68.9±8.4 | 89.6±3.3b | 77.1±5.7 |
DAP(mmHg) | 61.1±3.0 | 47.2±6.4 | 50.8±7.3 | 66.2±3.8 | 58.7±4.1 |
Pmax(mmHg) | 98.2±2.5 | 68.9±3.9a | 84.8±4.8b | 93.1±1.2b | 93.3±1.8b |
Pmin(mmHg) | 2.8±0.9 | 8.0±3.5 | 6.8±1.3 | 7.8±2.1 | 4.1±1.2 |
Pmean(mmHg) | 42.9±1.8 | 30.9±7.2a | 42.4±3.0b | 49.6±1.6b | 44.5±2.0b |
LVEDP(mmHg) | 15.4±2.3 | 43.8±5.9a | 35.4±5.6 | 22.8±3.8b | 22.2±4.9b |
+dp/dtmax(mmHg/s) | 4943±142 | 2262±187a | 3265±120b | 4297±203b | 3901±133b |
-dp/dtmax(mmHg/s) | 4479±155 | 2047±161a | 2787±257b | 4010±176b | 3859±189b |
注:1 mmHg=0.133 kPa;SAP (收缩压),DAP (舒张压) Pmax (左室最大发展压),Pmin (左室最小发展压),Pmean (平均左室发展压),LVEDP (左室舒张末压),+dp/dtmax (左室压力上升的最大变化率),-dp/dtmax (左室压力下降的最大变化率)。与Sham组比较,aP<0.05;与I/R组比较,bP<0.05 |
如图 1所示,与I/R组(37.47±2.36)%比较,TSS-L组、TSS-M组、TSS-H组的心肌梗死面积百分比分别为(15.88±3.03)%、(8.22±1.47)%、(10.44±2.54)%,差异具有统计学意义(F=428.684,P<0.05)。提示TSS可以有效的降低心肌梗死面积百分比,减少心肌梗死面积。
2.3 丹参酮ⅡA磺酸钠抑制缺血-再灌注心肌促凋亡蛋白表达,增加抗凋亡蛋白表达用Western bolt法分析TSS对凋亡蛋白表达的影响,结果显示与Sham组(0.49±0.21)相比,I/R组显著增加了Caspase-3表达,差异有统计学 意义(2.03±1.02,t=-5.091,P<0.01);TSS-L组、TSS-M组、TSS-H组Caspase-3表达为(1.37±1.02 vs. 0.56±0.17 vs. 0.57±0.39,F=16.113,P<0.01),低于I/R组。Sham组Bcl-2蛋白表达量为(2.90±0.80),I/R组下调Bcl-2表达(0.35±0.22,t=0.946,P<0.05)TSS-L组、TSS-M组、TSS-H组能不同程度的促进Bcl-2表达(1.27±0.59 vs. 2.25±0.55 vs. 2.30±0.92,F=18.297,P<0.05)。Sham组Bax蛋白表达(0.35±0.17),I/R组能使Bax表达增加(1.51±0.58,t=-6.521,P<0.01);TSS-L组、TSS-M组、TSS-H组下调Bax表达为(1.00±0.29 vs. 0.55±0.25 vs. 0.68±0.46,F=12.823,P<0.01)。由Bcl-2与Bax蛋白表达计算得出Bcl-2/Bax比值,与Sham组(8.61±3.12)相比,I/R组Bcl-2/Bax比值降低(0.24±0.15,t=37.253,P<0.05);TSS-L组、TSS-M组、TSS-H组预处理使其不同程度升高,差异具有统计学意义(0.99±0.47 vs. 4.52±1.77 vs. 4.27±2.88,F=18.297,P<0.05)。如图 2所示,TSS-M组促进抗凋亡蛋白与抑制促凋亡蛋白作用大于TSS-L,但继续升高至TSS-H时,该效应并未继续增强,提示TSS抗凋亡作用在一定范围内呈剂量正相关关系。
2.4 丹参酮ⅡA磺酸钠在大鼠缺血-再灌注模型中上调Beclin-1蛋白,增加Lc3B/Lc3A比值Sham组Lc3B/Lc3A比值为(1.46±0.48),I/R组能够降低Lc3B/Lc3A比值(0.54±0.20,t=5.785,P<0.05);TSS-L组、TSS-M组、TSS-H组Lc3B/Lc3A比值分别为(0.71±0.25 vs. 1.04±0.38 vs. 0.90±0.31,F=11.475,P<0.01)。与Sham组Beclin-1蛋白水平比较(2.29±0.89),I/R组Beclin-1蛋白表达量降低(0.50±0.37,t=4.886,P<0.05);TSS-L组、TSS-M组、TSS-H组Beclin-1的表达均高于I/R组(1.67±1.03 vs. 2.00±0.94 vs. 2.25±1.02,F=48.809,P<0.05)。见图 3。
2.5 丹参酮ⅡA磺酸钠抑制大鼠缺血-再灌注模型中心肌HMGB1的表达Sham组HMGB1表达为(1.20±0.26),I/R组使其显著增加(0.19±0.09,t=8.591,P<0.05);TSS-L组、TSS-M组、TSS-H组HMGB1蛋白表达分别为(0.56±0.10 vs. 0.77±0.09 vs. 0.80±0.27,F=25.338,P<0.01)。见图 4。
3 讨论左冠状动脉阻断引起急性心肌梗死时,迅速的血流再灌注能有效恢复血液供应,减少心肌梗死面积,同时再灌注本身亦可引起额外的心肌细胞凋亡,加重心肌细胞损伤,称为缺血-再灌注损伤[11]。目前研究发现丹参酮ⅡA磺酸钠通过抑制细胞凋亡级联反应,诱导自噬途径发生来提高心肌功能,减少心肌损伤。
对于心肌缺血-再灌注损伤最主要的治疗措施是恢复心肌功能,避免其他脏器衰竭。因此,能否增强心肌细胞功能,成为临床评估心肌梗死患者的治疗效果的主要手段。本研究数据显示丹参酮ⅡA磺酸钠可以增加心脏SAP(左室收缩压)、Pmax(左室最大发展压)、±dp/dtmax(左室压力最大上升/下降变化率)等代表心脏收缩、舒张功能的指标,表明丹参酮ⅡA磺酸钠可以显著减少心肌缺血-再灌注损伤,保护心肌功能。
缺血-再灌注损伤与细胞凋亡途径的激活高度相关,因此人们也在探索能够抑制凋亡信号激活的各种措施。之前报道显示TSS可以通过抑制JNK激活抵抗过氧化导致的细胞凋亡[12]、通过Akt和ERK1/2磷酸化抑制H9c2心肌细胞的凋亡[4],以及通过激活PI3K/Akt/FOXO3A/Bim途径,起到保护心肌的作用[13]。研究学者认为细胞在受到诱导凋亡时,Bcl-2和Bax基因在细胞存活和死亡过程中起到关键作用[14]。此外,Caspase-3在细胞凋亡的终末途径中也有重要作用,降低Caspase-3的活性,具有抗凋亡的作用[15]。本实验结果表明丹TSS可以抑制促凋亡蛋白Bax和Caspase-3表达,增强抗凋亡蛋白Bcl-2表达,表明丹参酮ⅡA磺酸钠可以通过调节心肌细胞促凋亡和抗凋亡信号通路平衡,保护心肌功能。
细胞受到损害时,自噬途径被激活,可以满足修复和解毒功能、提供能量或者传递代谢产物。在心肌缺血-再灌注损伤时,自噬信号通路的激活可以起到心肌保护的作用[16]。在猪体内急性心梗死模型中,与自噬有关的信号上调,增加了对心肌缺血-再灌注损伤的抵抗[17],起到缺血-再灌注损伤的修复作用。笔者之前的研究也表明心肌缺血再灌损伤时能激活自噬[10]。虽然一些研究表明,丹参酮ⅡA磺酸钠通过多种机制减少缺血-再灌注所致的心肌损伤,但是是否通过自噬途径仍不清楚。本研究表明丹参酮ⅡA磺酸钠可以通过上调自噬蛋白,Beclin-1和Lc3B/Lc3A的比值,保护心肌细胞。通过自噬的自我修复程序降低细胞损伤,这也为丹参酮ⅡA磺酸钠治疗心肌缺血-再灌注损伤提供了新的依据。
HMGB1是由坏死细胞、单核细胞、活化的巨噬细胞和凋亡细胞释放的非染色体蛋白质,能够维持核小体稳定和调节基因转录[18]。同时,HMGB1可以显著增加新生细胞凋亡和降低细胞活性[19],HMGB1-TLR4途径通过调节心肌细胞凋亡导致心肌细胞缺血-再灌注损伤[20]。此外,尚有HMGB1与组织自噬有关的报道[21]。丹参酮ⅡA能减少大鼠脑I/R损伤中HMGB1表达[22],但是TSS对于心肌HMGB1的作用还鲜有报道,本研究提出TSS在心肌组织的缺血-再灌注反应中,可以通过抑制HMGB1表达水平,从而减少心肌细胞凋亡,起到保护心肌作用。
本研究结果显示丹参酮ⅡA磺酸钠通过减少细胞凋亡,诱发自噬信号通路等途径,起到对心肌缺血-再灌注损伤的保护作用。
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