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        頸迷走神經(jīng)刺激對(duì)大鼠心肌缺血再灌注損傷心肌氧化應(yīng)激和細(xì)胞自噬的影響研究

        2018-10-31 01:24:34雷玉華趙勁波張長(zhǎng)江李元紅
        心肺血管病雜志 2018年2期
        關(guān)鍵詞:氧化應(yīng)激水平檢測(cè)

        雷玉華 趙勁波 張長(zhǎng)江 李元紅

        早期再灌注治療是臨床上治療心肌梗死最有效的方法,然而再灌注治療本身也會(huì)引起心肌細(xì)胞損傷,這種現(xiàn)象稱為心肌缺血再灌注(isechemia and reperfusion,IR)損傷。前期研究證實(shí),急性心肌缺血如果不給予再灌注治療,缺血區(qū)梗死面積可達(dá)70%,即使給予再灌注治療后心肌梗死面積仍有30%,而如果給予有效的方法預(yù)防再灌注損傷時(shí),心肌梗死面積僅有5%[1]??梢娙绾螠p輕IR損傷,對(duì)挽救患者心肌改善預(yù)后具有重要意義。近年來隨著我國(guó)急診經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療(percutaneous coronary intervention, PCI)的增多,如何預(yù)防和治療IR損傷應(yīng)該給與更多的重視。

        心肌IR中,氧化應(yīng)激和過度自噬是心肌損傷的重要機(jī)制[2-3]。近年來研究發(fā)現(xiàn)自主神經(jīng)失衡,表現(xiàn)為交感神經(jīng)過度激活,迷走神經(jīng)活性相對(duì)減弱,是氧化應(yīng)激過度激活的機(jī)制之一,通過頸迷走神經(jīng)刺激(cervical vagus nerve stimulation,CVNS)可以顯著抑制IR中氧化應(yīng)激水平,減輕心肌IR損傷[4-5]。在再灌注階段,氧化應(yīng)激是誘導(dǎo)細(xì)胞過度自噬的首要原因。因此我們推測(cè)自噬也參與了CVNS對(duì)大鼠心肌IR的保護(hù)作用。本文試探討CVNS是否通過抑制心肌細(xì)胞過度自噬,減輕心肌IR損傷。

        材料與方法

        1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分組 選用成年雄性SD大鼠(200~250g),購(gòu)于武漢大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心。將24只大鼠隨機(jī)分為三組:假手術(shù)組(SO組)(n=8):大鼠麻醉后開胸,前降支下穿線但不結(jié)扎;缺血再灌注組(I/R組)(n=8):前降支扎閉30min后,再灌2h;頸迷走神經(jīng)刺激+缺血再灌注組(VNS+I/R組)(n=8):前降支扎閉時(shí)開始給予頸迷走神經(jīng)電刺激,至再灌注2h結(jié)束。

        用2%的戊巴比妥鈉(45mg/kg,腹腔注射)麻醉后,將大鼠仰臥固定于鼠板,氣管插管,連接小動(dòng)物呼吸機(jī)(70次/min),記錄肢導(dǎo)心電圖(BIOPAC,美國(guó)),直至再灌注結(jié)束。開胸后,將大鼠前降支與一段帶凹槽的中空乳膠管用5-0線一同結(jié)扎,結(jié)扎后心尖部心肌發(fā)白,II導(dǎo)聯(lián)ST段上抬,提示缺血成功,30min后剪斷結(jié)扎線,再灌注2h。結(jié)扎后心尖部變白和心電圖II導(dǎo)聯(lián)ST段抬高表示缺血成功。

        再灌注后,經(jīng)頸靜脈采血2mL,靜置后離心,取上清,凍存于-80℃冰箱至檢測(cè)。迅速剪取心臟,清洗后,留取左心室心尖區(qū)(梗死+缺血區(qū))心肌,凍存于-80℃冰箱至檢測(cè)。

        2.頸迷走神經(jīng)刺激 SO和I/R組中,僅分離右側(cè)經(jīng)迷走神經(jīng)干。CVNS+I/R組中,分離右側(cè)經(jīng)迷走神經(jīng)干,用自制銀電極鉤,鉤住迷走神經(jīng)干給予電刺激(10Hz,脈寬:2ms)以心率下降10%為理想電壓(本實(shí)驗(yàn)電壓值1-7v不等),刺激由缺血前開始至再灌注后結(jié)束。

        3.心肌損傷標(biāo)志物檢測(cè) 檢測(cè)大鼠血清中肌酸激酶(creatine kinase,CK)和肌鈣蛋白I(cardiac troponin I,cTnI)水平,評(píng)價(jià)心肌損傷情況。選用南京建成生物工程所試劑盒,檢測(cè)血清CK和cTnI水平,嚴(yán)格按照操作說明操作。

        4.MDA和SOD檢測(cè) 檢測(cè)心肌細(xì)胞內(nèi)丙二醛(malonaldehyde,MDA)水平和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性評(píng)價(jià)氧化應(yīng)激水平。選用武漢建成生物工程所試劑盒,檢測(cè)MDA水平盒SOD活性,嚴(yán)格按著說明操作。

        5.Western blot檢測(cè) 采用WB法檢測(cè)B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2(B cell lymphoma/lewkmia-2,Bcl-2)和自噬蛋白LC3和beclin-1的表達(dá)。方法如前所述[8],簡(jiǎn)言之,采用12%PAGE膠,電泳轉(zhuǎn)膜后,選用5%脫脂奶粉封閉,4℃孵育一抗[抗LC3(1∶500稀釋,sigma,美國(guó)),抗Bcl-2(1∶500,santa,美國(guó)),抗Beclin-1(1∶500,Abcam,英國(guó))]過夜,用相應(yīng)的二抗孵育后,ECL顯色,以β-actin為內(nèi)參,計(jì)算三種凋亡蛋白的相對(duì)表達(dá)量。

        6.數(shù)據(jù)分析 采用SPSS17.0軟件包分析。計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,兩組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),多組間采用單因素方差分析,多組間兩兩比較采用q檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

        結(jié) 果

        1.CVNS減輕心肌IR損傷 與SO組比較,IR組CK和cTnI的表達(dá)顯著升高(P<0.05);與I/R組比較,CVNS+I/R組中,CK和cTnI的表達(dá)顯著下降(P<0.05,表1)。

        2.CVNS抑制氧化應(yīng)激 與SO組比較,IR組中MDA水平顯著增加,SOD活性顯著降低(P<0.05);與IR組比較,CVNS可以顯著抑制MDA的表達(dá),增加SOD的活性(P<0.05,表1)。

        3. CVNS抑制心肌細(xì)胞Bcl-2的表達(dá) 與SO組和IR組比較,CVNS+IR組中Bcl-2的表達(dá)顯著升高(P<0.05,表2)。

        4.CVNS抑制心肌細(xì)胞過度自噬 與SO組比較,IR組中beclin-1水平和LC3-II/I值顯著增加(P<0.05)。與IR組比較,CVNS可以顯著抑制beclin-1的表達(dá)和LC3-II/I值(P<0.05,表2,圖1)。

        表1 CVNS對(duì)心肌損傷和氧化應(yīng)激的影響

        注:與SO組比較,*P<0.05;與IR組比較,#P<0.05

        表2 CVNS對(duì)細(xì)胞自噬的影響

        注:與SO組比較,*P<0.05;與IR組比較,#P<0.05

        頸迷走神經(jīng)刺激是一種有效的心臟自主神經(jīng)再平衡策略,可以顯著抑制IR誘導(dǎo)的過度氧化應(yīng)激和心肌損傷[4-5]。本研究進(jìn)一步印證了上述結(jié)論,但本研究還發(fā)現(xiàn),CVNS還可以有效抑制IR中心肌細(xì)胞過度自噬。

        圖1 CVNS對(duì)自噬蛋白表達(dá)的影響

        討 論

        一般認(rèn)為,自噬是細(xì)胞的一種自我保護(hù)機(jī)制,可以吞噬破損的細(xì)胞器、降解的蛋白等,對(duì)維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)具有重要意義。但在心肌IR模型中,研究證實(shí),缺血期細(xì)胞自噬具有保護(hù)作用,而再灌注階段大量活性氧的產(chǎn)生可以引起細(xì)胞過度自噬,造成心肌損傷[4,6-7]。研究[8-9]證實(shí),在再灌注階段自噬被過度激活,表現(xiàn)為beclin-1表達(dá)的增高和Bcl-2表達(dá)降低,bcl-2表達(dá)降低可進(jìn)一步誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的發(fā)生。Beclin-1是自噬的關(guān)鍵蛋白,它調(diào)節(jié)自噬小體的形成和發(fā)展。再灌注階段beclin-1表達(dá)顯著增加,而通過siRNA抑制beclin-1表達(dá)可以顯著抑制細(xì)胞自噬水平和再灌注損傷[10-11]。另外,Brady等[12]研究證實(shí),在饑餓狀態(tài)下,Bcl-2可以與肌漿網(wǎng)結(jié)合,通過抑制鈣超載抑制細(xì)胞過度自噬的發(fā)生。本研究發(fā)現(xiàn),CVNS可以有效抑制Beclin-1的高表達(dá),增加Bcl-2的表達(dá),因此抑制了細(xì)胞過度自噬。我們知道,與缺血期相比,再灌注階段大量活性氧的產(chǎn)生取代了能量耗竭,成為再灌注損傷的首要因素。Hariharan等[13]研究發(fā)現(xiàn),活性氧的產(chǎn)生往往伴隨著beclin-1的高表達(dá),而給予還原劑MPG可以有效抑制beclin-1表達(dá),提示活性氧可能是再灌注階段引起beclin-1高表達(dá)和細(xì)胞過度自噬的重要因素。另外研究發(fā)現(xiàn),活性氧可以抑制自噬相關(guān)4(ATG4)活性、酯化LC3、激活細(xì)胞自噬[14]。這些結(jié)果均表明,活性氧是誘導(dǎo)細(xì)胞過度自噬的重要原因。本研究發(fā)現(xiàn),CVNS可以有效抑制活性氧的產(chǎn)生,抑制心肌細(xì)胞過度自噬,因此我們推測(cè)在IR模型中,CVNS可能是通過抑制氧化應(yīng)激抑制心肌細(xì)胞過度自噬。

        再灌注治療是治療急性心肌梗死最有效的方法,而再灌注損傷極大的限制了再灌注治療的療效,本研究發(fā)現(xiàn)CVNS可以有效抑制IR中心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激和自噬水平,從而減輕再灌注心肌損傷。因此研究者認(rèn)為,在臨床上,對(duì)于急診PCI患者可以給與無創(chuàng)頸部迷走神經(jīng)或耳緣迷走神經(jīng)刺激,從而有效減輕心肌IR損傷,改善急性心梗患者預(yù)后。

        綜上所述,本研究發(fā)現(xiàn):1CVNS可以有效抑制IR中心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激水平和細(xì)胞損傷;2CVNS可以顯著抑制IR引起的細(xì)胞過度自噬,其機(jī)制可能與增加Bcl-2表達(dá)、抑制氧化應(yīng)激水平有關(guān)。

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