嚴廣東, 李自成, 李健豪, 張在勇, 趙善雋, 張穩(wěn)柱△
(1廣州市番禺區(qū)中心醫(yī)院心內(nèi)科, 廣東 廣州 511400;2暨南大學第一附屬醫(yī)院心內(nèi)科, 廣東 廣州 510630)
急性心肌梗死(acute myocardial infarction, AMI)及繼發(fā)的心力衰竭嚴重威脅著人們的生活質(zhì)量和生命健康,尤其是伴有糖尿病者。糖尿病(diabetes mellitus, DM)人群中急性心肌梗死及繼發(fā)心力衰竭、猝死的發(fā)生率明顯增加,其AMI預后明顯不及非糖尿病者[1-2]。研究表明,AMI后心功能的惡化主要與心肌纖維化、心肌細胞凋亡等所致的心室重構(gòu)有關(guān),且心肌細胞凋亡與心室重構(gòu)間可相互加重[3]。他汀類藥物是指南強烈推薦的調(diào)脂藥,其不僅具有調(diào)脂作用,還具有抑制炎癥反應和氧化應激、改善血管內(nèi)皮功能、穩(wěn)定動脈粥樣硬化斑塊等多種獨立于調(diào)脂作用外的“多效性”[4-5]。近年來,有臨床研究及動物實驗顯示,他汀類藥物可以抑制AMI后心室重構(gòu)及心功能惡化[6],而以往研究大多針對于非糖尿病,目前涉及糖尿病AMI后心肌細胞凋亡、心室重構(gòu)及心功能能否從他汀干預中獲益的研究較少。其實,他汀類藥物改善心功能的具體機制尚不明確,肝細胞生長因子(hepatocyte growth factor, HGF)通路是影響心肌纖維化、細胞凋亡及心室重構(gòu)關(guān)鍵的信號通路之一。既往研究顯示,HGF不僅表達于肝臟,其在心臟、腎臟均有表達,可通過作用其心臟上的受體c-Met,發(fā)揮抗炎、抗心肌纖維化、抗心肌細胞凋亡及促血管再生等作用,改善心室重構(gòu)及心功能[7]。然而,他汀類藥物對AMI后心室重構(gòu)及心功能的影響是否與HGF/c-Met信號通路有關(guān),既往未見報道。本研究將觀察他汀類藥物對糖尿病大鼠AMI后心肌細胞凋亡、心室重構(gòu)及心功能的影響,并探討其作用是否與 HGF/c-Met信號通路有關(guān)。
1.1動物 清潔級雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠(8周齡,體重200~250 g)70只,由廣東省醫(yī)學實驗動物中心提供,許可證號為SCXK(粵)2008-0002。
1.2主要試劑與儀器 鏈脲霉素(streptozotocin,STZ)購自上海寶曼生物科技有限公司;末端脫氧核糖核酸轉(zhuǎn)移酶介導的dUTP切口末端標記法(TUNEL)試劑盒購自Roche;抗HGF多克隆抗體、抗c-Met多克隆抗體購自SAB;HGF及c-Met實時熒光定量PCR(real-time PCR)逆轉(zhuǎn)錄引物購自上海GenePharm公司,cDNA試劑盒購自Fermentas;Philip公司ATL-HDI5000多普勒心臟彩超儀。
2.1建立鏈脲霉素誘導的糖尿病大鼠模型 采用一次性腹腔內(nèi)注射STZ法(65 mg/kg,溶于0.1 mmol/L、pH 4.5的檸檬酸鈉緩沖液)制備1型糖尿病大鼠模型。于STZ注射后3 d、7 d、30 d和8周時,用便攜式血糖儀(拜耳公司)檢測血糖。血糖≥16.7 mmol/L,具有多尿、多飲、多食、消瘦及毛色灰暗的大鼠入選本研究。血糖不達標,即<16.7 mmol/L的大鼠從本研究中剔除。
2.2急性心肌梗死大鼠模型的建立及分組 誘導糖尿病后8周時,對糖尿病大鼠構(gòu)建急性心肌梗死模型。假手術(shù)組11只僅在相應左冠狀動脈部位處穿線但不結(jié)扎。AMI術(shù)后存活32只大鼠隨機分為2組:AMI對照組(n=16)和阿托伐他汀干預組(n=16, 20 mg·kg-1·d-1)。于術(shù)后24 h始,阿托伐他汀干預組予以相應劑量阿托伐他汀(立普妥,輝瑞公司)溶于3 mL生理鹽水中灌胃,AMI對照組和假手術(shù)組均予以等量生理鹽水灌胃,治療時間共計2周。
2.3心臟彩超檢測 治療2周后,大鼠經(jīng)10%水合氯醛(3 mL/kg)腹腔注射麻醉后,采用ATL-HDI5000多普勒心臟彩超儀(10 MHz探頭)測定左室射血分數(shù)(left ventricular ejection fraction, LVEF)、左室長軸縮短分數(shù)(fractional shortening, FS)、左室舒張末期內(nèi)徑(left ventricular end-diastolic diameter, LVDd)和左室收縮末期內(nèi)徑(left ventricular end-systolic diameter, LVDs),取5個連續(xù)心動周期的平均值。
2.4血脂的檢測 心臟彩超檢測完成后,即刻對麻醉大鼠開胸,暴露心臟經(jīng)心室取血3 mL,分離血清(KDC-160HR離心機,4 ℃ 4 000 r/min離心10 min),使用全自動生化分析儀檢測甘油三酯(triglyceride,TG)、總膽固醇(total cholesterol,TC)、低密度脂蛋白膽固醇(low-density lipoprotein cholesterol,LDL-C)和高密度脂蛋白膽固醇(high-density lipoprotein cholesterol,HDL-C)。
2.5心肌組織標本采集 采血完成后,取出心臟去除心房,沿心臟長軸將左心室分為兩部分,靠近心尖一側(cè)心肌制作病理切片,用于形態(tài)學檢測(HE染色和Masson染色)、心肌細胞凋亡檢測及免疫組化檢測;余下部分去除梗死區(qū)域后置于-80 ℃液氮中,用于real-time PCR檢測。
2.6病理切片分析
2.6.1HE染色和Masson染色 (1)HE染色:觀察糖尿病大鼠心肌梗死后心肌組織病理學改變;(2)Masson染色:可將膠原纖維染成藍色、心肌纖維染成紅色,在光學顯微鏡下(×100)隨機選取5個梗死周邊區(qū)視野進行觀察,采用Image-Pro Plus 6.0圖像分析軟件進行分析,測定心肌膠原容積分數(shù)(collagen volume fraction, CVF),即膠原面積/(膠原面積+心肌面積)。
2.6.2心肌細胞凋亡的檢測 采用TUNEL標記法標記心肌細胞凋亡,光鏡下觀察正常細胞核呈藍色,凋亡細胞核呈深淺不一的顆粒狀棕黃色,即為陽性反應。凋亡細胞的半定量分析:在400倍光鏡下,每張切片計數(shù)5個視野中陽性細胞核數(shù)/總細胞核數(shù),取其平均值作為心肌細胞凋亡指數(shù)(apoptotic index)。
2.6.3免疫組化檢測心肌組織中HGF和c-Met蛋白的表達 抗HGF多克隆抗體稀釋度為1∶100,抗c-Met多克隆抗體稀釋度為1∶150,陽性產(chǎn)物為棕黃色。應用Image-Pro Plus 6.0圖像分析軟件,隨機選取5個視野(×200)以求出積分吸光度值(integral absorbance,IA),各組間的蛋白表達采用IA值進行統(tǒng)計。
2.7Real-time PCR檢測心肌組織中HGF和c-Met mRNA的表達 采用Trizol法提取心肌組織中的總RNA,以甘油醛-3-磷酸脫氫酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, GAPDH)為內(nèi)參照。HGF上游引物5′-GAGAGAGGCGAGGAGAAACG-3′,下游引物5′-GTGTAGCCCCAGCCGTAAAT-3′;c-Met上游引物5′-ACGTACGGTGTCTCCAGCAT-3′,下游引物5′-CTGGAGACACAGGATAGGAA-3′;GAPDH上游引物5′-CTCAGTTGCTGAGGAGTCCC-3′,下游引物5′-ATTCGAGAGAAGGGAGGGCT-3′。合成cDNA后,在R1011122 Rotor-Gene 熒光定量PCR儀上進行實時定量PCR。反應結(jié)束后,以目的基因的拷貝數(shù)/內(nèi)參照的拷貝數(shù)為各基因的相對表達量進行統(tǒng)計。
數(shù)據(jù)用均數(shù)±標準差(mean±SD)表示,利用SPSS 13.0軟件統(tǒng)計。組間差異采用單因素方差分析,方差齊時組間多重比較用LSD檢驗,方差不齊時用Dunnett’s T3檢驗分析。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。
AMI后2周,各組存活大鼠:假手術(shù)組9只,AMI對照組10只,阿托伐他汀干預組12只。存活大鼠進行心臟彩超、組織學、HGF和c-Met mRNA及蛋白檢測。
大鼠心臟彩超檢測,AMI對照組及阿托伐他汀干預組大鼠LVEF和FS明顯低于假手術(shù)組(P<0.05),LVDd和LVDs明顯高于假手術(shù)組(P<0.05),說明實驗AMI模型構(gòu)建成功;阿托伐他汀干預組大鼠LVEF和FS高于AMI對照組,LVDd和LVDs低于AMI對照組,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05),見圖1、表1。
Figure 1. Echocardiography of rats from different groups. A: sham; B: AMI; C: AMI+atorvastatin.
表1 各組大鼠心臟彩超檢測參數(shù)的比較
2周后3組糖尿病大鼠體重、血糖及血脂水平變化如表2所示,各組間體重、血糖及各項血脂水平差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。
HE染色顯示,假手術(shù)組大鼠心肌細胞排列規(guī)則,走向好,無肌絲斷裂,細胞間隙均勻,少量炎癥細胞浸潤;AMI對照組具有明顯較大面積的梗死區(qū),心肌細胞顯著減少、肌絲斷裂、結(jié)構(gòu)紊亂,有大量炎癥細胞浸潤;阿托伐他汀干預組與AMI對照組比較,其心肌細胞變性減少、結(jié)構(gòu)紊亂減輕及炎癥細胞浸潤明顯減少,見圖2。
表2 各組大鼠體重、血糖、血脂水平的比較
Masson染色結(jié)果顯示,AMI對照組及阿托伐他汀干預組發(fā)生心肌纖維化程度均較假手術(shù)組明顯,但阿托伐他汀干預組的心肌纖維化的程度較AMI對照組明顯減輕(P<0.05),見圖2。各組的CVF值見圖2。
TUNEL檢測結(jié)果顯示,假手術(shù)組見少量心肌細胞凋亡,AMI對照組和阿托伐他汀干預組心肌細胞凋亡均較假手術(shù)組明顯,他汀干預組心肌細胞凋亡較AMI對照組明顯減輕(P<0.05),TUNEL染色圖及各組心肌細胞凋亡指數(shù)見圖3。
Figure 3. TUNEL staining (×400) of the myocardial tissue (the upper figure) and comparison of myocardial apoptotic index among the 3 groups (the lower fi-gure). A: sham; B: AMI; C: AMI+atorvastatin. Mean±SD. *P<0.05 vs sham; #P<0.05 vs AMI.
采用real-time PCR檢測心肌組織中HGF及c-Met mRNA表達情況,結(jié)果顯示,AMI對照組及阿托伐他汀干預組均顯著高于假手術(shù)組(P<0.05), 阿托伐他汀干預組的HGF及c-Met mRNA表達高于AMI對照組,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05),見圖4。
Figure 4. Comparison of HGF and c-Met mRNA among the 3 groups. Mean±SD. *P<0.05 vs sham; #P<0.05 vs AMI.
免疫組化檢測心肌組織中HGF及c-Met蛋白表達情況如圖5所示,AMI對照組及阿托伐他汀干預組均顯著高于假手術(shù)組(P<0.05), 阿托伐他汀干預組的HGF及c-Met蛋白表達高于AMI對照組,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。
Figure 5. Immunohistochemical staining of HGF (A1, B1 and C1) and c-Met (A2, B2 and C2) in the myocardial tissue (×200). A1, A2: sham; B1, B2: AMI; C1, C2: AMI+atorvastatin. Mean±SD. *P<0.05 vs sham; #P<0.05 vs AMI.
糖尿病AMI后心功能惡化會進一步加劇,B?cklund等[8]研究顯示,糖尿病促進了AMI后心肌細胞凋亡、心肌纖維化及結(jié)締組織生長因子高度表達等,以致加重AMI后的心臟重構(gòu)。我們的實驗結(jié)果顯示:糖尿病大鼠AMI阿托伐他汀治療2周后,與對照組比較,阿托伐他汀干預組心肌纖維化、心肌細胞凋亡、心臟重構(gòu)及心功能均顯著改善(P<0.05)。提示阿托伐他汀可顯著改善糖尿病AMI后心肌細胞凋亡、心臟重構(gòu)及心功能,也進一步說明他汀類藥物不單純是一種調(diào)脂藥,應為更全面的 “心血管領域用藥”。既往有研究報道,他汀類藥物可能會誘發(fā)甚至加重糖尿病[9],但結(jié)合實驗及臨床綜合分析,他汀類藥物的利仍遠大于弊,在心血管領域應廣泛推廣。
他汀類藥物抑制AMI后心室重構(gòu)的機制目前仍不明確。既往研究發(fā)現(xiàn)HGF不僅存在肝臟,在心臟、腎臟、腦等組織均有一定表達,且對心臟及腎臟均具有重要的保護作用。HGF實際是間質(zhì)細胞衍生的一種能促進細胞有絲分裂的多功能因子,是由α鏈和β鏈組成的異二聚體;其受體為原癌基因c-Met,α鏈先與c-Met結(jié)合,繼而β鏈與之結(jié)合,并誘導c-Met受體酪氨酸磷酸化,從而發(fā)揮其生物學活性[10]。
Guo等[11]通過研究AMI大鼠的治療,發(fā)現(xiàn)HGF能通過抑制心肌細胞凋亡和促進血管再生,明顯改善心室重構(gòu)和心臟功能。Komamura等[12]在高血壓病大鼠治療中,發(fā)現(xiàn)HGF可改善高血壓及相應的動脈硬化和心力衰竭。實際,HGF信號通路在心血管藥物的作用機制中也扮演著重要的作用[13]。臨床研究發(fā)現(xiàn),AMI病人血液中HGF水平會升高,且與心室重構(gòu)及心功能具有相關(guān)性,其值越高表示預后越差[14];同時也是AMI后最早的心肌損傷標志物之一??梢奌GF/c-Met信號通路已成為心臟的一種重要保護機制,然而他汀類藥物對AMI后心臟重構(gòu)的影響是否與HGF/c-Met通路有關(guān),目前仍未見相關(guān)報道。本實驗結(jié)果顯示:(1) AMI對照組HGF及c-Met的mRNA及蛋白表達顯著高于假手術(shù)組(P<0.05),提示HGF/c-Met信號通路在AMI后顯著激活;(2)阿托伐他汀干預組HGF及c-Met的mRNA及蛋白表達較AMI對照組顯著上調(diào)(P<0.05),提示阿托伐他汀可通過增強HGF/c-Met通路,以改善AMI后心功能,發(fā)揮其AMI后心臟保護作用。
本研究為AMI后心力衰竭的研究擴展思路,可考慮采用HGF基因治療。目前,已有一些探索,在AMI細胞移植治療中,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染HGF的移植細胞能更佳地改善AMI后心臟重構(gòu)及心功能[15]。Yuan等[16]采用微型氣泡運載HGF治療AMI,發(fā)現(xiàn)可降低左室重量、心肌膠原含量及增加毛細血管密度。既往研究[17]發(fā)現(xiàn),在動脈硬化性腎血管性疾病中,辛伐他汀可通過增加腎臟中HGF表達,抑制腎纖維化改善腎功能;Cantoni等[18]發(fā)現(xiàn)人間充質(zhì)干細胞經(jīng)瑞舒伐他汀干預后, HGF及其受體表達增加;可見以上研究與本研究結(jié)果具有一定的一致性。體外細胞培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)他汀可降低小鼠骨肉瘤細胞的HGF分泌[19],說明他汀類藥物對不同組織細胞在不同病理狀態(tài)下HGF表達的影響不完全一致。
他汀類藥物影響HGF通路的機制尚不明確。研究顯示血管緊張素II(angiotensin II, Ang II)和轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor, TGF)是HGF產(chǎn)生的重要抑制劑[20],心力衰竭及AMI后Ang II及TGF表達會明顯增加,在一定程度上會對HGF產(chǎn)生起下調(diào)作用;有研究[21]已報道他汀類藥物可明顯抑制AMI后Ang II及TGF的增加,進而促進HGF表達進一步上調(diào)。當然他汀影響HGF通路的具體機制究竟如何,可能仍需進一步研究。
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