孟祥艷, 宋立新, 羅玉玉, 董化江, 郭 敏, 梁彥軍, 張文成
(武警醫(yī)學院生理與病理生理學教研室,天津300162)
大鼠源性鋅指蛋白580(zinc finger protein 580,ZFP580)是本組克隆的一種C2H2型鋅指核轉(zhuǎn)錄因子[1-3]。檢索基因表達數(shù)據(jù)庫(gene expression omnibus,GEO)中有關(guān)ZFP580的相關(guān)信息顯示,ZFP580受多條信號通路的調(diào)控,并通過調(diào)節(jié)靶基因的開關(guān)或轉(zhuǎn)錄水平,參與細胞增殖、分化與凋亡等過程。前期實驗研究中證實ZFP580參與大鼠心肌缺血性損傷的形成[4],與缺血性心血管疾病的發(fā)生存在密切聯(lián)系。心肌缺血再灌注(ischemia-reperfusion injury,I-R)損傷較可逆性缺血損傷更為嚴重,甚至使其轉(zhuǎn)化為不可逆性損傷。本實驗旨在大鼠心肌I-R損傷模型上觀察ZFP580表達的變化,進一步探討其可能的作用機制,為臨床防治心肌I-R損傷提供新的思路。
清潔級雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠,體質(zhì)量230-250 g,由軍事醫(yī)學科學院實驗動物中心提供,動物生產(chǎn)許可證號SCXK11-00-000090。ZFP580兔多抗購自北京AVIVA生物工程有限公司,內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)兔多抗購自武漢博士德生物工程有限公司。Trizol購自北京鼎國生物工程公司,dNTP、RNasin、AMV逆轉(zhuǎn)錄酶、Oligo dT和Taq酶均為大連寶生物工程公司產(chǎn)品。ZFP580上游引物5'-ATA CTCGAG AGGAC CTGGC TCTCC CGG -3',下游引物5'-CTA CTCGAG TTAGT GCAGG CGCAC GTG -3',擴增長度為289 bp;內(nèi)參照β-actin上游引物5'-GTG GGG CGC CCC AGG CAC CA -3',下游引物5'-CTT CCT TAA TGT CAC GCA CGAT TTC-3',擴增長度為540 bp,均由北京賽百盛公司合成。腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)放免試劑盒購于北京普爾偉業(yè)生物科技有限公司(批號為20090628),免疫組化試劑盒(SP法)和DAB顯色試劑盒均購自北京中杉生物有限公司。
2.1 動物模型制備及分組 按文獻方法復制I-R模型[5]:SD大鼠經(jīng)烏拉坦(1 g/kg)腹腔注射麻醉,背位固定于動物手術(shù)臺上。胸部去毛、消毒后,沿胸骨左側(cè)4、5肋間隙開胸,借助心臟跳動之勢,將心臟擠出胸腔,輕撥開左心耳,以5/0滅菌絲線結(jié)扎左冠狀動脈前降支,30 min后松開結(jié)扎線實現(xiàn)再灌注。從開胸到關(guān)胸時間控制在1 min之內(nèi),待大鼠恢復自主呼吸,連接皮下肢體導聯(lián),記錄大鼠心電圖,Ⅱ?qū)?lián)心電圖ST段弓背抬高0.2 mV以上者納入后續(xù)實驗。實驗分為4組:(1)假手術(shù)組(sham組):冠狀動脈下只穿線不結(jié)扎;(2)心肌缺血-再灌注組(I-R組):結(jié)扎冠脈30 min后剪開結(jié)扎線,恢復血供;(3)L-精氨酸(L-Arg)預(yù)處理+心肌缺血-再灌注組(L+I-R組):于缺血前20 min和10 min分2次舌下靜脈給予L-Arg 300 mg/kg,然后重復I-R組操作;(4)左旋精氨酸預(yù)處理+sham組(L+sham組):于手術(shù)前給予L-Arg,方法同上。(2)、(3)組動物分別于I-R后1 h、4 h取材。
2.2 大鼠心肌組織形態(tài)學觀察及中性粒細胞計數(shù) 取大鼠左室游離壁中段心肌組織(去除心尖和心底),厚約3-5 mm,經(jīng)4%多聚甲醛固定24 h后,常規(guī)脫水、浸蠟、包埋,制成5 μm厚石蠟切片,進行蘇木精-伊紅(HE)染色,光學顯微鏡下觀察心肌組織病變情況。每只動物選取2張切片,在高倍鏡(×400)視野下觀察左室壁缺血區(qū)連續(xù)5個視野,計數(shù)中性粒細胞(polymorphonuclear neutrophils,PMN)數(shù)目,取平均值。
2.3 大鼠血清中TNF-α含量及CK、LDH活性測定 各組動物開胸后自右心室取血,將8-10 mL靜脈血注入試管中,待血液凝固后,4℃ 3 000 r/min離心10 min,吸取上清。采用放免法檢測血清中TNF-α含量,采用全自動生化儀(日立)檢測CK、LDH活性。
2.4 半定量RT-PCR檢測ZFP580 mRNA表達
取大鼠左室游離壁缺血區(qū)心肌組織,用Trizol試劑提取總RNA。取定量總RNA(400 ng)10 μL體系逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA第1鏈。取定量cDNA模板(10 μL)加入靶基因ZFP580上、下游引物,50 μL體系行PCR反應(yīng)。擴增條件為:94℃預(yù)變性2 min;94℃ 45 s,54℃ 45 s,72℃ 50 s;35個循環(huán)后再72℃ 5 min。以β-actin為內(nèi)參照。ZFP580 PCR產(chǎn)物與β-actin的熒光吸光度比作為ZFP580基因的相對表達量。
2.5 心肌免疫組織化學染色 大鼠心肌組織石蠟切片常規(guī)脫蠟至水,檸檬酸鹽緩沖液進行抗原熱修復20 min,3%過氧化氫封閉內(nèi)源性過氧化酶,經(jīng)0.01 mol/L磷酸鹽緩沖液洗滌后分別加入ZFP580或eNOSⅠ抗(按1∶100稀釋),后續(xù)步驟按鏈霉菌抗生物素蛋白-過氧化物酶(SP)法染色試劑盒操作說明進行,DAB顯色。eNOS目的切片免疫組織化學染色后經(jīng)蘇木素復染1min,ZFP580目的切片染色后不經(jīng)復染,脫水、透明后中性樹膠封片,光學顯微鏡下觀察大鼠心肌組織中細胞著色情況。每只動物選取2張ZFP580或eNOS免疫組化染色切片,在高倍鏡(×400)視野下選取缺血區(qū)內(nèi)10個無重疊視野,利用Image-Pro Plus 6.0圖像分析軟件進行目標物質(zhì)的累積吸光度值測定,同時測定左心室游離壁面積,計算出平均吸光度(mean optical density,MOD),MOD=累積吸光度/左心室壁游離壁面積,從而對目標蛋白表達含量進行半定量分析。
HE染色結(jié)果顯示假手術(shù)組心肌纖維排列整齊,細胞邊界完整,心肌橫紋清晰。再灌注后1 h,心肌細胞腫脹,橫紋消失,部分心肌細胞嗜伊紅性增強,心肌細胞周圍有PMN積聚,主要位于心內(nèi)膜和肌層。再灌注后4 h,PMN數(shù)目明顯增加,且在心外膜可見明顯的PMN浸潤(如箭頭所示)。L-Arg預(yù)處理能減輕以PMN為主的炎細胞的積聚,心肌細胞損傷程度減輕,見圖1、表1。
大鼠心肌再灌注后,血清TNF-α含量及CK、LDH活性明顯升高,且隨再灌注時間的延長而進一步升高。應(yīng)用L-Arg預(yù)處理后,血清TNF-α含量及CK、LDH活性較相應(yīng)時點的I-R組明顯降低,見表1,但對假手術(shù)組無明顯影響。
Figure 1.The morphological changes of cardiac tissues(×200).The ischemic regions of the left ventricle were isolated and the heart slices were stained by hematoxylin-eosin(HE).Arrows indicate the polymorphonuclear neutrophil(PMN)accumulation in the epicardium and blood vessel.A:sham group;B:L+sham group;C:I-R 1 h group;D:L+I-R 1 h group;E:I-R 4 h group;F:L+I-R 4 h group.I-R:ischemiareperfusion;L:L-arginine.圖1 心肌組織形態(tài)學改變
表1 各組大鼠血清中TNF-α含量、CK和LDH活性及心肌組織中中性粒細胞計數(shù)結(jié)果Table 1.The concentration of TNF-α and the activity of CK and LDH in the serum and PMN count in cardiac tissue of rats in different groups(±s.n=8)
表1 各組大鼠血清中TNF-α含量、CK和LDH活性及心肌組織中中性粒細胞計數(shù)結(jié)果Table 1.The concentration of TNF-α and the activity of CK and LDH in the serum and PMN count in cardiac tissue of rats in different groups(±s.n=8)
*P <0.05 vs sham group;△P <0.05 vs I-R group.I-R:ischemia-reperfusion;L:L-arginine.
Sham 1.19±0.09 850.00±184.26 360.00±56.78 12.33 ±2.16 L+sham 1.17 ±0.14 670.00±157.49 283.00 ±53.26 15.33 ±2.34 I-R 1 h 1.51±0.05* 2 165.00±233.15* 1 134.00±103.79 35.83±2.79*L+I-R 1 h 1.23±0.10△ 1 430.00±209.68△ 897.00±75.96 23.55±2.43△I-R 4 h 1.64±0.14* 2 930.00±211.53* 1 569.00±112.58 57.52±4.23*L+I-R 4 h 1.29±0.12△ 2 467.00±212.74△ 1 129.00±98.67 43.33±3.08△
PCR產(chǎn)物經(jīng)1%瓊脂糖凝膠電泳后,于289 bp和540 bp處分別可見清晰的ZFP580及內(nèi)參照β-actin的擴增條帶。各組內(nèi)參照β-actin的條帶濃淡大致相仿,ZFP580在I-R后1 h、4 h表達明顯下調(diào)(P<0.05)。L-Arg預(yù)處理后,較相應(yīng)時點的 I-R組ZFP580 mRNA表達有所回升,L-Arg對假手術(shù)組大鼠心肌中ZFP580 mRNA表達無明顯影響,見圖2。
Figure 2.The level of ZFP580 mRNA expression in the heart was analyzed by semi-quantitative RT-PCR.The SD rats were subjected to left coronary artery occlusion for 30 min and followed by 1 h or 4 h reperfusion with or without L-argine preconditioning.In every group,the ischemic regions of the left ventricle were isolated and totle RNA was extracted and analyzed by RT-PCR.±s.n=8.*P<0.05 vs sham group;△P<0.05 vs I-R group.I-R:ischemia-reperfusion;L:L-arginine.圖2 各組大鼠心肌組織中ZFP580 mRNA的表達水平
大鼠心肌組織切片經(jīng)免疫組化染色后,ZFP580表達陽性細胞在心肌細胞核內(nèi)可見黃色或棕黃色顆粒,eNOS在心肌細胞內(nèi)成片表達,呈棕褐色。I-R后心肌組織中ZFP580、eNOS蛋白的表達明顯下調(diào),并且隨著再灌注時間的延長表達進一步降低,應(yīng)用L-Arg預(yù)處理后可以明顯增強ZFP580及eNOS蛋白的表達。L-Arg對假手術(shù)大鼠心肌中ZFP580表達無明顯影響,但明顯增強eNOS蛋白的表達,見圖3。
Figure 3.Immunohistochemical analyses of ZFP580 and eNOS protein expression in cardiac tissues of rats in different groups(×200).Photomicrographs showed immunohistochemical staining of the ischemic regions of the left ventricle and sham-operation ventricle.*P <0.05 vs sham group;△P <0.05 vs I- R group.A:sham group;B:L+sham group;C:I- R 1 h group;D:L+I-R 1 h group;E:I-R 4 h group;F:L+I-R 4 h group.I-R:ischemia-reperfusion;L:L-arginine;MOD:mean optical density.圖3 心肌組織中ZFP580和eNOS的免疫組織化學染色結(jié)果
隨著溶栓、冠脈搭橋術(shù)和心臟移植術(shù)等治療方法的開展,心肌I-R損傷及其發(fā)生機制備受關(guān)注,目前認為大量中性粒細胞的聚集、活化后的炎癥效應(yīng)和氧自由基大量生成是造成心肌細胞損害的重要機制之一[6,7]。TNF- α 是引起心肌 I-R 損傷的主要炎性介質(zhì)之一,可直接造成心肌的收縮功能下降,降低血壓以及誘導心肌細胞的凋亡或壞死等,而減少或抑制TNF-α的生成后能明顯減少心肌梗死面積,對心肌具有保護作用[8]。
本組在先前的工作中獲得了一個人類心血管疾病相關(guān)新基因 ZNF580(GenBank注冊號:AF184939),并隨后獲得了鼠源性同源基因ZFP580的開放閱讀框全長cDNA序列及其表達的蛋白,經(jīng)BLAST方式與人ZNF580進行同源性比較分析,二者同源性達92%[3]。在前期對于ZFP580/ZNF580基因功能研究的實驗中發(fā)現(xiàn),其羧基端3個C2H2型鋅指主構(gòu)域94-172位氨基酸區(qū)間含有核定位信號,編碼一種具有調(diào)控作用的C2H2型鋅指核轉(zhuǎn)錄因子,可能對細胞增殖、分化及相關(guān)基因的表達起著十分重要的調(diào)控作用[9]。檢索GEO中相關(guān)信息得知:炎癥因子TNF-α可使人ZNF580表達下調(diào)[10],提示二者間可能存在某種聯(lián)系。本實驗中發(fā)現(xiàn),I-R后以中性粒細胞為主的大量炎細胞在心肌組織中積聚,血清CK、LDH活性及TNF-α水平明顯升高,且二者變化均以再灌注后4h更為明顯。在大鼠心肌I-R損傷后,ZFP580無論在轉(zhuǎn)錄水平還是翻譯水平均表達降低,推測ZFP580的表達下調(diào)可能參與了心肌I-R損傷的形成。ZFP580的表達下調(diào)在再灌注4 h后較為明顯,與血清TNF-α含量及CK、LDH活性升高在時間上吻合,可見ZFP580與TNF-α表達及心肌細胞損傷程度間可能存在某種聯(lián)系,推測在TNF-α介導的心肌細胞損傷過程中,ZFP580可能作為其中的一個環(huán)節(jié)發(fā)揮了某種作用,例如影響了某些心肌細胞保護性蛋白的表達等。
L-精氨酸(L-arginine,L-Arg)是細胞內(nèi)合成一氧化氮(nitric oxide,NO)的前體物質(zhì),大量實驗證實,L-Arg通過促進NO的產(chǎn)生和釋放,改善微循環(huán),減輕細胞膜脂質(zhì)過氧化損傷,阻止中性粒細胞的大量聚集,從而對缺血后再灌注心肌發(fā)揮細胞保護作用[11]。eNOS是心肌細胞中產(chǎn)生NO的關(guān)鍵酶,在心肌細胞缺血損傷初期,eNOS可被磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)和有絲分裂原激活蛋白激酶(MAPK)家族酶激活,并通過增加第二信使NO的產(chǎn)生介導一系列心肌細胞內(nèi)源性保護作用[12,13]。本實驗中發(fā)現(xiàn):L-Arg預(yù)處理能明顯降低血清CK、LDH活性及TNF-α水平,減少中性粒細胞在心肌組織的積聚,減輕心肌I-R損傷,同時伴隨鋅指核轉(zhuǎn)錄因子ZFP580及eNOS的表達明顯上調(diào)??梢奪FP580及eNOS的表達上調(diào)可能是L-Arg預(yù)處理誘發(fā)的心肌細胞內(nèi)源性保護機制之一,然而核轉(zhuǎn)錄因子ZFP580是否受到eNOS/NO信號途徑的調(diào)節(jié)仍值得探討,其表達上調(diào)后如何發(fā)揮細胞保護作用即其參與細胞內(nèi)源性保護的具體機制仍需進一步研究。
[1]張文成,陳保生,吳 剛,等.低密度脂蛋白誘導下調(diào)的新基因cDNA的克隆及組織表達[J].基礎(chǔ)醫(yī)學與臨床,2003,23(3):279-282.
[2]張文成,張 敏,徐瑞成,等.鋅指蛋白ZNF580定位在MGC803細胞核[J].基礎(chǔ)醫(yī)學與臨床,2006,26(2):199-200.
[3]Zhu YB,Zhang WC.Cloning and analyzing of the cDNA sequence of N-terminal region and C-terminal region of zinc finger protein(ZFP580)gene[J].Life Sci J,2008,5(1):11-16.
[4]孟祥艷,孫慧燕,孔麟麟.鋅指基因ZFP580在大鼠心肌缺血損傷中的表達[J].武警醫(yī)學院學報,2010,19(1):1-3.
[5]張新寧,呂 琪,張永亮,等.大鼠心肌缺血再灌注模型建立方法的改進[J].武警醫(yī)學院學報,2008,17(11):941-943.
[6]Irwin MW,Mak S,Mann DL,et al.Tissue expression and immunolocalization of tumor necrosis factor- α in postinfarction dysfunction myocardium[J].Circulation,1999,99(11):1492-1498.
[7]Kaczorowski DJ,Nakao A,McCurry KR,et al.Tolllike receptors and myocardial ischemia/reperfusion,inflammation,and injury[J].Curr Cardiol Rev,2009,5(3),196-202.
[8]Belosjorow S,Bolle I,Duschin A,et al.TNF - α antibodies are as effective as ischemic preconditioning in reducing infarct size in rabbits[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2003,284(3):H927 - H930.
[9]張文成,孫慧燕,孟祥艷.ZNF580-EGFP融合蛋白的亞細胞定位研究[J].中國病理生理雜志,2008,24(8):1590-1594.
[10]Viemann D,Goebeler M,Schmid S,et al.TNF induces distinct gene expression programs in microvascular and macrovascular human endothelial cells[J].J Leukoc Biol,2006,80(1):174-185.
[11]Bryan NS,Calvert JW,Elrod JW,et al.Dietary nitrite supplementation protects against myocardial ischemiareperfusion injury[J].Proc Natl Acad Sci USA,2007,104(48):19144-19149.
[12]Murphy E,Steenbergen C.Mechanisms underlying acute protection from cardiac ischemia- reperfusion injury[J].Physiol Rev,2008,88(2):581-609.
[13]劉現(xiàn)亮,趙希軍,何國祥.阿托伐他汀對兔急性心肌梗死再灌注后一氧化氮、內(nèi)皮素-1水平及心功能的影響[J].中國病理生理雜志,2010,26(1):75-79.