韓 冰 孟 曉 卜培莉
(濟(jì)南市第六人民醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科,濟(jì)南250200)
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N-乙酰半胱氨酸對(duì)野百合堿誘導(dǎo)大鼠肺動(dòng)脈高壓作用機(jī)制的基礎(chǔ)研究
韓冰孟曉①卜培莉①
(濟(jì)南市第六人民醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科,濟(jì)南250200)
[摘要]目的:觀察N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine,NAC)對(duì)野百合堿(Monocrotaline,MCT)誘導(dǎo)的肺動(dòng)脈高壓(Pulmonary arterial hypertension,PAH)大鼠右心室重構(gòu)的影響及其機(jī)制。方法: Wistar雄性大鼠適應(yīng)性喂1周,隨機(jī)分為正常對(duì)照組、MCT 組、MCT+NAC組。MCT(60 mg/kg)皮下注射誘導(dǎo)PAH大鼠模型,實(shí)驗(yàn)組給予NAC[500 mg/(kg·d)],連續(xù)6周,第4周末測(cè)定大鼠平均肺動(dòng)脈壓(mPAP)、右心室收縮壓(RVSP);分離大鼠左心室+室間隔(LV+S)、右心室(RV)并稱重,計(jì)算RV/(LV+S)的比值。HE染色觀察右心室病理學(xué)變化,天狼星紅染色觀察右心室膠原沉積的變化。RT-PCR和Western blot檢測(cè)右心室collagen Ⅰ、collagen Ⅲ、NADPH氧化酶4(NADPH oxidase 4,NOX4)、核轉(zhuǎn)錄因子κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB)mRNA和蛋白表達(dá)。結(jié)果:NAC連續(xù)給藥4周后能明顯降低MCT誘導(dǎo)的PAH大鼠RVSP及mPAP,減輕RV/(LV+S)的比值,改善右心室心肌細(xì)胞的病理變化,降低右心室膠原的沉積,抑制NOX4的表達(dá)和NF-κB的活化。結(jié)論:NAC能緩解野百合堿(MCT)誘導(dǎo)的肺動(dòng)脈高壓大鼠右心室重建,其機(jī)制可能是通過抑制NOX4介導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷,和NF-κB 所介導(dǎo)的膠原沉積有關(guān)。
[關(guān)鍵詞]N-乙酰半胱氨酸;野百合堿;肺動(dòng)脈高壓
肺動(dòng)脈高壓(Pulmonary arterial hypertension,PAH)是一種危害人類健康的非常嚴(yán)重的疾病,其形態(tài)學(xué)特征是肺小動(dòng)脈血管結(jié)構(gòu)重建,主要引起肺動(dòng)脈壓力升高、肺血管阻力增加、右心衰竭[1]。其主要病理機(jī)制是炎癥和氧化應(yīng)激的損傷相互促進(jìn)的惡性循環(huán)過程[2]。大量研究表明氧化應(yīng)激是引起 PAH 右心重構(gòu)的重要原因,其中 NADPH 氧化酶4(NADPH oxidase 4,NOX4)誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷參與了PAH 右心室重構(gòu)[3,4]。另外有研究發(fā)現(xiàn)核轉(zhuǎn)錄因子κB(Nuclear factor-kappa B,NF-κB)的活化參與PAH 心血管重構(gòu)[5],而NOX4介導(dǎo)的氧化應(yīng)激可能通過增強(qiáng)對(duì)NF-κB的抑制蛋白IκB(Inhibitorka-ppa B)的解離,激活NF-κB與DNA的結(jié)合活性,進(jìn)一步激活NF-κB轉(zhuǎn)錄因子[6],促進(jìn)生長(zhǎng)因子、趨化因子、細(xì)胞因子、炎癥介質(zhì)和黏附分子等相關(guān)基因表達(dá),參與了PAH心血管重構(gòu)[7]。
N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine,NAC)是從半胱氨酸衍生而來的一種氨基酸,具有調(diào)節(jié)細(xì)胞的代謝活性、清除氧自由基;調(diào)整基因的表達(dá)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)、抑制惡性腫瘤發(fā)展、預(yù)防DNA損傷等作用[8]。目前其抗炎和抗氧化應(yīng)激作用已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床各種疾病,例如對(duì)乙酰氨基酚中毒、特發(fā)性肺纖維化、支氣管炎、缺血再灌注損傷、心肌損傷等[9]。最近研究報(bào)道,N-乙酰半胱氨酸通過抑制肺損傷模型大鼠中促炎因子TNF-α和IL-1β的釋放以及NF-κB的激活,進(jìn)而減少炎性細(xì)胞的釋放并且改善白細(xì)胞和單核細(xì)胞的化學(xué)驅(qū)藥性[10,11]。這些研究表明NAC具有保護(hù)機(jī)體免于氧化應(yīng)激的損傷和右心室重構(gòu)。
基于NAC的生物學(xué)功能,本實(shí)驗(yàn)提出這樣的假設(shè):NAC可能可以有效改善肺動(dòng)脈高壓患者的肺血管的重建。本實(shí)驗(yàn)通過體外注射MCT誘導(dǎo)并構(gòu)建肺動(dòng)脈高壓大鼠模型,同時(shí)給予肺動(dòng)脈高壓大鼠NAC治療,研究NAC對(duì)肺動(dòng)脈高壓大鼠的影響。
1材料與方法
1.1材料Wistar雄性大鼠,體重200~220 g,由華中科技大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供,實(shí)驗(yàn)所用動(dòng)物均符合國(guó)家醫(yī)用動(dòng)物使用標(biāo)準(zhǔn)(許可證號(hào):SCXK[鄂]2012-2014,級(jí)別:SPF),野百合堿(MCT)(Sigma,美國(guó)),N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine,NAC)(Sigma,美國(guó)),TRIzol RNA 提取試劑盒(美國(guó) Invitrogen 公司),PrimeScriptTMRT reagent Kit、Power SYBR Green PCR Master Mix(大連寶生物工程有限公司);collagenⅠ及 collagenⅢ單克隆抗體(美國(guó) Abcam 公司),β-actin、NOX4 及 NF-κB 單克隆抗體(美國(guó) SantaCruz 公司)。
1.2方法
1.2.1實(shí)驗(yàn)分組60只雄性大鼠隨機(jī)分為3組:①野百合堿誘導(dǎo)和N-乙酰半胱氨酸處理組(MCT+NAC,n=20):本組大鼠首先給予MCT(60 mg/kg)皮下注射,每日一次,連續(xù)2周,同時(shí)給予NAC500 mg(kg·d)皮下注射,連續(xù)6周;②野百合堿誘導(dǎo)組(MCT,n=20):本組大鼠實(shí)驗(yàn)前2周給予MCT(60 mg/kg)皮下注射,每日一次,同時(shí)自實(shí)驗(yàn)開始給予同NAC等體積的0.9%生理鹽水皮下注射,每天一次,持續(xù)6周;③生理鹽水對(duì)照組(n=20):自實(shí)驗(yàn)開始至實(shí)驗(yàn)第6周給予同NAC等體積的0.9%生理鹽水皮下注射,每天一次,另外實(shí)驗(yàn)開始前2周給予同MCT等體積的0.9%生理鹽水皮下注射,每天一次。
1.2.2血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)的測(cè)定自實(shí)驗(yàn)開始,4周末對(duì)各組大鼠進(jìn)行右心室收縮壓(RVSP)、平均肺動(dòng)脈壓(mPAP)、右心室肥厚指數(shù)(RVHI)檢測(cè)。分別于第2、4、6周用戊巴比妥鈉(60 mg/kg)腹腔注射麻醉。分離右頸外靜脈,采用肝素鈉導(dǎo)管經(jīng)右頸外靜脈行右心插管,調(diào)整并妥善固定導(dǎo)管位置后,用MedLab多導(dǎo)生理記錄儀分別記錄。
1.2.3組織標(biāo)本收集與處理上述動(dòng)力學(xué)指標(biāo)檢測(cè)完畢后,處死大鼠后迅速開胸分離心臟,預(yù)冷的PBS沖洗干凈,隨后準(zhǔn)確分離右心室(RV)、左心室加室間隔(LV+S),稱重,計(jì)算RVHI=RV/(LV+S)。取右心室心尖部固定于4%多聚甲醛以備石蠟切片;剩余的右心室組織,-80 ℃冰箱保存,以備于相關(guān)指標(biāo)的mRNA、蛋白表達(dá)水平的檢測(cè)。
1.2.4右心室組織病理學(xué)及膠原沉積的觀察取大鼠右心室心尖部4% 多聚甲醛固定48 h,石蠟包埋切片,進(jìn)行HE染色和天狼星紅染色,分別觀察右心室心肌細(xì)胞的病理變化及膠原沉積情況。
1.2.5RT-PCR檢測(cè)右心室collagen Ⅰ、collagen Ⅲ、NOX4、NF-κB mRNA的表達(dá)稱重100g右心室組織,用1 ml Trizol 充分裂解組織后,氯仿抽提,異丙醇沉淀回收總RNA,測(cè)RNA濃度、逆轉(zhuǎn)錄后,所得cDNA以β-actin為內(nèi)參照,在ABI-7300實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀進(jìn)行檢測(cè)。重復(fù)3次。數(shù)據(jù)分析用 7300 System SDS Software 軟件,統(tǒng)計(jì)ΔΔCt值。引物購(gòu)買于美國(guó)origene公司,序列見表1。
表1引物序列
Tab.1Primer sequences
GenePrimersequenceCollagenⅠForwardsequence:CCTCAGGGTATTGCTGGACAACReversesequence:CAGAAGGACCTTGTTTGCCAGGCollagenⅢForwardsequence:GACCAAAAGGTGATGCTGGACAGReversesequence:CAAGACCTCGTGCTCCAGTTAGNOX4Forwardsequence:CGGGATTTGCTACTGCCTCCATReversesequence:GTGACTCCTCAAATGGGCTTCCNF-κBForwardsequence:CCAGGAGAAAGTCAGCCTCCTReversesequence:TCATACCAGGGCTTGAGCTCAβ-actinForwardsequence:CATTGCTGACAGGATGCAGAAGGReversesequence:TGCTGGAAGGTGGACAGTGAGG
1.2.6Western blot 檢測(cè)右心室 NOX4 和 NF-κB 蛋白表達(dá)低溫提取右心室蛋白,BCA法測(cè)定蛋白濃度。取30 μg總蛋白與上樣緩沖液充分混合后,95℃加熱5 min,SDS-PAGE膠上電泳,轉(zhuǎn)膜,5%BSA封閉1 h,分別加入1∶500~1∶2 000稀釋后的相應(yīng)的一抗,4℃孵育過夜。次日,充分洗滌后,分別加入相應(yīng)HRP標(biāo)記的二抗(稀釋比例為1∶5 000)室溫孵育1 h。ECL凝膠成像系統(tǒng)(ECL,USA)采集圖像。實(shí)驗(yàn)獨(dú)立重復(fù)3次。
2結(jié)果
2.1NAC對(duì)肺動(dòng)脈高壓大鼠血流動(dòng)力學(xué)和右心室肥厚的影響與對(duì)照組比較,MCT誘導(dǎo)組大鼠在MCT皮下注射第4周末RVSP、mPAP明顯增高,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。因 RV/LV+S即(RVHI)是評(píng)價(jià)右心室肥厚程度的主要指標(biāo)。與對(duì)照組相比,在MCT處理第4周末,MCT處理組RVHI明顯增高(P<0.01)。而給予NAC治療組,于治療的第4周末,可以觀察到RVSP、mPAP、RV/LV+S的明顯改善,較MCT處理組均顯著降低,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)果見表2。
2.2NAC對(duì)肺動(dòng)脈高壓大鼠右心室心肌細(xì)胞的病理變化和右心室膠原表達(dá)的影響右心室心肌細(xì)胞HE染色后400倍鏡下觀察,與對(duì)照組相比,野百合堿(MCT)處理組右心室心肌細(xì)胞增生肥大且排列紊亂、稀疏和胞漿腫脹,心肌細(xì)胞間隙增寬,而給予NAC治療后于第4周末,可觀察到上述病理變化有明顯的改善,結(jié)果見圖1A。同時(shí)天狼星紅染色觀察右心室膠原的表達(dá),天狼星紅染色顯示膠原纖維為紅色,可以觀察到對(duì)照組右心室著色較淡,心肌細(xì)胞的間隙清晰可見,血管旁膠原分布稀疏。與對(duì)照組相比,MCT處理組大鼠右心室心肌細(xì)胞間質(zhì)有較多明顯紅色膠原沉積;而NAC治療組右心室心肌細(xì)胞間質(zhì)和血管旁的紅色深染較MCT組逐漸減少,膠原沉積現(xiàn)象也明顯減輕。結(jié)果見圖1B。
表2血流動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)
Tab.2Hemodynamic data
ControlMCTPNACp1RVSP(mmHg)40.52±5.24112.63±16.450.00170.23±12.340.03mPAP(mmHg)10.23±1.0240.78±4.760.0128.33±5.210.04RVHI0.28±0.030.72±0.070.010.41±0.090.02
圖1 NAC對(duì)MCT誘導(dǎo)肺動(dòng)脈高壓大鼠右心室病理變化以及膠原沉積的影響Fig.1 NAC decreases cardiomyocytes hypertrophy and fibrosis in RV rats with PAHNote: In the first part(A),representative image of cardiomyocytes in RV of control rat(1),MCT rats(2) and MCT rats treated with NAC after MCT exposure(3);in the second part(B),representative image of collagen(red stained)content in RV of control rat(1) MCT rats(2)and MCT rats treated with NAC after MCT exposure(3).
圖2 NAC對(duì)右心室collagenⅠ、 collagen Ⅲ mRNA表達(dá)的影響Fig.2 Expression of collagen Ⅰ and collagen Ⅲ mRNA was determined by RT-PCR in right ventricle of monocrotaline-induced pulmonary arterial hypert-ension of ratsNote: Comparison between two groups,*.P<0.01.
圖3 NAC對(duì)右心室NOX4、NF-κB表達(dá)的影響Fig.3 Expression of NOX4 and NF-κB was deter-mined by RT-PCR and Western blot in right ventricle of monocrotaline-induced pulmonary arterial hypertension of rats after NAC treatmentNote: Comparison between two groups,*.P<0.01.
2.3NAC對(duì)右心室collagen Ⅰ、collagen Ⅲ mRNA表達(dá)的影響經(jīng)RT-PCR檢測(cè)發(fā)現(xiàn),MCT處理組右心室collagen Ⅰ、collagen Ⅲ mRNA的表達(dá)較對(duì)照組明顯增高。而與MCT組對(duì)比,NAC治療組治療第4周末collagen Ⅰ、collagen Ⅲ的表達(dá)均有不同程度的下調(diào),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)果見圖2。
2.4NAC對(duì)右心室NOX4、NF-κB表達(dá)的影響經(jīng)RT-PCR、Western blot檢測(cè)發(fā)現(xiàn),MCT處理組右心室NOX4、NF-κB mRMA、蛋白水平的表達(dá)均較對(duì)照組明顯增高。而與MCT組對(duì)比,NAC治療組治療第4周末NOX4、NF-κB mRNA、蛋白的表達(dá)均有不同程度的下調(diào),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)果見圖3、4。
3討論
隨著學(xué)者們對(duì)PAH病理生理學(xué)機(jī)制和發(fā)病機(jī)制的深入研究,臨床上對(duì)PAH的治療也在不斷改進(jìn)。以前臨床上主要是使用磷酸二酯酶-5抑制劑和內(nèi)皮素受體拮抗劑等藥物的治療來改善患者的預(yù)后。目前更多新的治療藥物隨著對(duì)PAH研究的深入不斷被學(xué)者們提出并應(yīng)用。
N-乙酰半胱氨酸最早在臨床上用于治療急性咳嗽,使痰中的黏蛋白裂解,降低分泌液的黏性而利于排出。隨著近年來對(duì)N-乙酰半胱氨酸的深入研究,發(fā)現(xiàn)NAC還具有多種其他功能,如較強(qiáng)的抗炎、抗氧化、擴(kuò)血管等多種生物活性,對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病、肝炎、心血管疾病、腫瘤等有潛在的治療作用。Gerrits等[12]收集1 219例慢性阻塞性肺疾病的患者資料進(jìn)行臨床研究,發(fā)現(xiàn)NAC可減少大約30%的COPD患者再住院風(fēng)險(xiǎn),且這種療效呈劑量依賴性。另外有研究顯示NCA通過補(bǔ)充孤立心肌細(xì)胞內(nèi)容谷胱甘肽,從而消除TNF-α對(duì)心臟的有害作用。NAC還可以改善肝功能衰竭患者的生存率主要機(jī)制如下:(1)增加NO的產(chǎn)量;(2)提高GSH的生物利用度;(3)調(diào)節(jié)淋巴細(xì)胞活性,抑制T細(xì)胞凋亡,使肝細(xì)胞的功能增強(qiáng);(4)抑制重型肝炎患者炎癥因子IL-8、NO和sicAM-1等的分泌,減少肝臟損傷[13]。
本研究通過野百合誘導(dǎo),構(gòu)建PAH大鼠模型,并給予NAC處理,結(jié)果顯示NAC連續(xù)給藥4周末,PAH大鼠的RVSP、mPAP、RV/LV+S顯著降低;右心室心肌細(xì)胞的病理?yè)p傷明顯減輕,膠原沉積明顯并且膠原蛋白的表達(dá)顯著下調(diào),這些均提示NAC對(duì)PAH 大鼠具有降低肺動(dòng)脈壓力、減輕右心室重構(gòu)和膠原沉積的作用。
肺動(dòng)脈高壓主要形態(tài)學(xué)改變是肺血管和右心室重構(gòu),目前其機(jī)制不是很明確。有研究發(fā)現(xiàn)NOX可以通過誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)影響肺動(dòng)脈高壓患者肺血管重構(gòu)及右心重構(gòu)[14,15]。最近有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)在野百合堿誘導(dǎo)的PAH大鼠右心室NOX4表達(dá)明顯增高,并且給予白楊素治療后能夠抑制NOX4的表達(dá),從而減輕MCT誘導(dǎo)的肺動(dòng)脈高壓大鼠右心室病理變化和膠原沉積[16]。我們實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明野百合誘導(dǎo)的PAH大鼠右心室NOX4的mRNA和蛋白水平均明顯增高,同時(shí)給予N-乙酰半胱氨酸皮下注射治療,4周后,PAH大鼠右心室NOX表達(dá)顯著降低。這些結(jié)果與之前學(xué)者們的研究是一致的,表明NAC通過下調(diào)NOX4的表達(dá)而抑制PAH大鼠右心室重構(gòu)。
NF-κB 是一種核轉(zhuǎn)錄因子,參與生物體內(nèi)很多重要的生理反應(yīng)過程。其中NF-κB 的活化在氧化應(yīng)激損傷誘導(dǎo)肺動(dòng)脈高壓的形成進(jìn)程中發(fā)揮重要作用[17,18]。而大量的研究表明NAC可以通過抑制NF-κB活化而實(shí)現(xiàn)抗炎、抗氧化等作用[19-21]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),野百合堿誘導(dǎo)的 PAH 大鼠右心室 NF-κB的表達(dá)顯著增高,而給予NAC皮下注射4周后能下調(diào)大鼠右心室 NF-κB mRNA 及蛋白的表達(dá),表明NAC通過抑制NF-κB 活化從而保護(hù)PAH大鼠肺血管和右心室重構(gòu)。
綜上所述,NAC能夠緩解MCT誘導(dǎo)的肺動(dòng)脈高壓大鼠肺血管和右心室的重構(gòu),其機(jī)制可能與抑制NOX4的表達(dá)和降低氧化應(yīng)激損傷誘導(dǎo)的NF-κB活化有關(guān)。
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[收稿2015-11-06修回2016-01-29]
(編輯許四平)
·啟事·
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《中國(guó)免疫學(xué)雜志》編輯部
Effect of N-acetylcysteine in right ventricle of monocrotaline-induced pulmonary arterial hypertension of rats
HANBing,MENGXiao,BUPei-Li.
DepartmentofICU,Ji′nanSixthPeople′sHospital,Ji′nan250200,China
[Abstract]Objective:To investigate the protective effect of N-acetylcysteine(NAC)on right ventricular remodeling in a rat model of monocrotaline-induced pulmonary arterial hypertension(PAH).Methods: PAH rats were induced by a single injection of monocrotaline(60 mg/kg,sc)and were ad ministered with NAC[500 mg/(kg·d)]for 6 weeks.At the end of 4 weeks,the right ventricular systolic pressure(RVSP)and mean pulmonary artery pressure(mPAP)were monitored via the right jugular vein catheterization into the right ventricle.Right ventricle(RV)to left ventricle(LV)+septum(S)were calculated.Right ventricular morphological change was observed by HE staining.Sirius red was used to demonstrate collagen deposition.The expressions of collagen Ⅰ,collagen Ⅲ,NADPH oxidase 4(NOX4)and nuclear factor-kappa B(NF-κB)were analyzed by RT-PCR and(or) Western blot.Results: NAC attenuated RVSP,mPAP and right ventricular remodeling index(RV/LV+S) of PAH rats induced by monocrotaline after treatment for 4 weeks.Furthermore,monocrotaline-induced right ventricular collagen accumulation and collagen Ⅰ and collagen Ⅲ expression were both significantly suppressed by NAC.The expressions of NOX4 and NF-κB were obviously decreased in right ventricule from PAH rats with NAC treatment.Conclusion: NAC ameliorates right ventricular remodeling of PAH induced by monocrotaline in rats through down regulating the expression of NOX4 and antioxidant activity,and inhibiting activation of NF-κB and collagen accumulation.
[Key words]N-acetylcysteine;Monocrotaline;Pulmonary arterial hypertension
中圖分類號(hào)R332
文獻(xiàn)標(biāo)志碼A
文章編號(hào)1000-484X(2016)03-0345-05
作者簡(jiǎn)介:韓冰(1979年-),女,在讀碩士,主治醫(yī)師,主要從事肺動(dòng)脈高壓、冠心病、心律失常等相關(guān)疾病的診治工作,E-mail:hanbing368@163.com。
doi:10.3969/j.issn.1000-484X.2016.03.011
①山東大學(xué)齊魯醫(yī)院心內(nèi)科,濟(jì)南250012。