張雪潔,堯 青,胡 玲,柯志強(qiáng),張 波,3,孟祥雯,楊曉松
(湖北科技學(xué)院1.藥學(xué)院,2.糖尿病心腦血管病變湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 咸寧 437100;3.三峽大學(xué)第二人民醫(yī)院,湖北 宜昌 44300)
臨床上常單獨(dú)使用多柔比星(doxorubicin,DOX)或與其他抗腫瘤藥物聯(lián)合用于治療實(shí)體腫瘤、淋巴瘤和兒童白血病[1],但因其嚴(yán)重的心臟毒性限制其在臨床的應(yīng)用[2]。研究結(jié)果顯示,DOX心臟毒性主要因其介導(dǎo)活性氧自由基(reactive oxygene species,ROS)大量產(chǎn)生引起心肌組織脂質(zhì)過氧化,而抗氧化活性的下降,最終導(dǎo)致氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡[3]。此外,DOX還能刺激心肌細(xì)胞線粒體和肌漿網(wǎng)釋放Ca2+從而加劇胞漿內(nèi)Ca2+超載[4]。肌漿網(wǎng) Ca2+泵-2a(sarco/endoplasmic reticulumCa2+ATPase,SERCA2a)是分布在哺乳動(dòng)物心肌中的重要Ca2+泵,在心動(dòng)周期中控制Ca2+的輸運(yùn),通過水解ATP獲得的化學(xué)能源輸運(yùn)Ca2+進(jìn)入肌漿網(wǎng)內(nèi)[5]。SERCA2a通過維持Ca2+平衡確保心肌細(xì)胞的正常生理活動(dòng)。當(dāng)心肌細(xì)胞內(nèi)肌漿網(wǎng)Ca2+吸收不夠,將會(huì)導(dǎo)致心肌細(xì)胞收縮,可用的Ca2+減少,最終導(dǎo)致心臟收縮和舒張功能出現(xiàn)障礙[6]。已有研究表明,DOX在心肌細(xì)胞中產(chǎn)生的H2O2會(huì)抑制SERCA2a的mRNA轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá),SERCA2a攝取Ca2+的能力顯著下降[7]。因此,SERCA2a在DOX心臟毒性中發(fā)揮重要調(diào)控作用,具體調(diào)控機(jī)制還不清楚。
微RNA(microRNA,miRNA,miR)作為基因表達(dá)的重要調(diào)節(jié)物,通過與目的基因mRNA的3’UTR區(qū)域結(jié)合,在轉(zhuǎn)錄后或翻譯水平抑制基因表達(dá),在許多生理及疾病的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用[8]。在多種心血管疾病如心律失常、左心室肥厚和重構(gòu)中[9]都可檢測(cè)到miR-25的異常表達(dá),如在心力衰竭的心肌組織中miR-25高表達(dá),抑制miR-25的表達(dá)可增強(qiáng)心臟收縮力從而改善心力衰竭[10]。據(jù)報(bào)道,在主動(dòng)脈縮窄術(shù)誘導(dǎo)小鼠心衰模型中,miR-25靶向SERCA2a mRNA3′UTR,抑制SERCA2a的表達(dá),是主動(dòng)脈弓縮窄(transverse aortic constricition,TAC)誘導(dǎo)心衰的重要因素[11]。也有研究認(rèn)為,miR-25在離體心肌細(xì)胞延遲Ca2+的攝取,抑制miR-25表達(dá)可以提高SERCA2a表達(dá)水平,從而達(dá)到改善心臟功能的目的[12]。
磷酸肌酸鈉(creatine phosphate sodium,CP)是一種小分子高能磷酸化合物,也是心肌細(xì)胞最主要和最直接的功能物質(zhì),可快速進(jìn)入細(xì)胞并在短時(shí)間內(nèi)即達(dá)到有效濃度。具有保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu),穩(wěn)定心肌細(xì)胞電生理平衡的功能[13],在臨床上作為心肌保護(hù)藥物,主要用于治療心力衰竭和心肌梗死等的治療藥物[14-15],近年來也在臨床上用于DOX所致心肌損傷的保護(hù)藥物[16],但其保護(hù)機(jī)制目前還不清楚。本研究采用DOX誘導(dǎo)SD大鼠心肌損傷以及誘導(dǎo)心肌細(xì)胞H9C2損傷作為體內(nèi)外模型,采用CP進(jìn)行干預(yù),評(píng)價(jià)CP對(duì)DOX所致心肌損傷的保護(hù)作用,并探討其可能的作用機(jī)制。
DOX粉末和CP(美國(guó)Sigma公司);N-乙酰半胱氨酸(N-acetyl-L-cystine,NAC)(中國(guó)Meilunbio公司);DMEM培養(yǎng)基和胎牛血清(fetal bovine serum,F(xiàn)BS)(美國(guó)Gibco公司);HE染色試劑盒和Masson三色染色試劑盒(北京索萊寶科技有限公司);Trizol試劑(美國(guó)Ambion公司);TUNEL細(xì)胞凋亡檢測(cè)試劑盒(TUNEL Apoptosis Detection Kit FITC)(上海翊圣生物科技有限公司);RT-PCR試劑盒(日本Takara公司);細(xì)胞裂解液、蛋白酶抑制劑(phenylmethanesulfonyl fluoride,PMSF)、BCA蛋白定量/濃度測(cè)定試劑盒(中國(guó)Meilunbio公司);化學(xué)發(fā)光(electro-chemilumines-cence,ECL)顯影液,蛋白酶抑制劑(protease inhibitor cocktail)(美國(guó)Thermo Fisher公司);兔抗人SERCA2a多克隆抗體(中國(guó)ABclonal公司),小鼠抗人超氧化物歧化酶2(superoxide dismutase 2,SOD2)單抗(美國(guó)Abcam公司),兔抗人活化的胱天蛋白酶3多克隆抗體(美國(guó)Cell Signaling Technology公司);辣根過氧化物酶標(biāo)記山羊抗兔IgG和山羊抗小鼠IgG抗體(二抗)(美國(guó)Biosharp公司)。
40只SD雄性大鼠,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物合格證號(hào):SCXK(京)2016-0011,體質(zhì)量180~200 g,購(gòu)自北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司。SD大鼠隨機(jī)分為3組,以下給藥均為隔天1次(給藥持續(xù)26 d)。正常對(duì)照組(n=10),ip給予生理鹽水 5 mL·kg-1;DOX組(n=15),前3次ip給予生理鹽水5 mL·kg-1,之后ip給予生理鹽水30 min后,再ip給予DOX 2 mg·kg-1,共給藥7次;CP+DOX組(n=15),前3次ip給予CP 200 mg·kg-1,之后ip給予CP 200 mg·kg-130 min后,再ip給予DOX 2 mg·kg-1,共7次,之后ip給予CP 200 mg·kg-13次,停藥后繼續(xù)喂養(yǎng)7周,處死大鼠取心肌組織-80℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>
固定后的心臟組織按照常規(guī)方法進(jìn)行組織脫水、透明、浸蠟、包埋以及切片。之后將石蠟切片放入二甲苯中脫蠟10 min,經(jīng)100%~70%梯度乙醇浸泡5 min,使用PBS沖洗5 min,滴加50 μL蘇木精染色15 min后用自來水沖洗,滴加1%鹽酸乙醇分化數(shù)秒后,使用1%氨水返藍(lán)1 min,自來水沖洗,接著滴加50 μL伊紅染色5 min,在80%~95%梯度乙醇中快洗,100%乙醇浸泡10 min(處理2次),二甲苯透明10 min(處理2次),中性樹膠封片,顯微鏡下觀察并拍照。
將心尖組織切片脫蠟后放在二甲苯Ⅰ、Ⅱ各10 min,再分別用95%,90%,80%,70%乙醇浸泡5 min,之后滴加Bouin液在濕盒中過夜,第2天流水沖洗至黃色消失,天青石藍(lán)染色液滴染2~3 min后稍水洗,之后用Mayer蘇木素染色液滴染2~3 min后水洗,酸性乙醇分化液分化約10 s,接著流水沖洗10 min,麗春紅品紅染色液滴染2 min,蒸餾水沖洗;磷鉬酸溶液處理約10 min,傾去上液,直接滴入苯胺藍(lán)染色液染6 min,0.1%~0.3%冰醋酸溶液處理約30 s,100%乙醇脫水2 min,二甲苯透明10 min,吹干后用中性樹膠封片,顯微鏡下觀察膠原累積。
石蠟組織切片常規(guī)脫蠟至水,用PBS輕輕潤(rùn)洗切片并用濾紙小心吸干玻片上樣本周圍多余的液體;每個(gè)樣本上滴加100 μL蛋白激酶K工作液,室溫孵育20 min;滴加100 μL 1× Equilibration 緩沖液室溫孵育10~30 min,加入50 μL TdT孵育緩沖液37℃孵育60 min,用PBS洗5 min,共2次;在暗室中將載玻片浸入DAB溶液中,室溫孵育5 min,用H2O終止反應(yīng);封片,在普通光學(xué)顯微鏡下觀察拍照。采用Image Pro軟件對(duì)圖片結(jié)果進(jìn)行分析,選取陽性染色部位光密度(intensity absorbance,IA)值與圖片的面積之比即為平均光密度值,以此值來半定量細(xì)胞凋亡。
大鼠心肌細(xì)胞系H9C2(上海復(fù)旦IBS細(xì)胞資源中心);H9C2細(xì)胞在37℃5%CO2條件下培養(yǎng)于含10%FBS及1%青、鏈霉素混合液(100×)的DMEM培養(yǎng)基中,細(xì)胞融合度為80%~90%時(shí)傳代。將處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的H9C2細(xì)胞種于6孔細(xì)胞培養(yǎng)板內(nèi),培養(yǎng)24 h后給藥。分組① DOX 1 μmol·L-1處理心肌細(xì)胞H9C2不同時(shí)間(0,3,6,12和24 h),收集細(xì)胞。分組② 細(xì)胞分為5組:細(xì)胞對(duì)照組(0.1%DMSO),DOX 1 μmol·L-1組,CP 1 mmol·L-1組,CP 1 mmol·L-1+DOX 1 μmol·L-1組,NAC 0.5 mmol·L-1+DOX 1 μmol·L-1組,處理24 h后收集細(xì)胞。
取1.6分組②前4組的細(xì)胞,置37℃CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)24 h后,每孔加入10 μL CCK8試劑,然后置培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)2 h后,采用酶標(biāo)儀測(cè)定450 nm處的吸光值(A450nm)。細(xì)胞存活率(%)=(實(shí)驗(yàn)組A450nm-空白孔A450nm)/(細(xì)胞對(duì)照組A450nm-空白孔A450nm)×100%。
取1.2分組大鼠心肌組織0.2~0.4 μg,加入1 mL Trizol,采用電動(dòng)勻漿機(jī)將組織磨碎,然后加入1/5體積的氯仿,渦旋振蕩混勻后靜置10 min,4℃條件下12 000×g離心5 min,將上清轉(zhuǎn)移至另一離心管內(nèi),加入等體積異丙醇,渦旋振蕩后靜置10 min,12 000×g,4℃條件下離心10 min,棄上清,加入1 mL 75%乙醇洗滌沉淀,12 000×g,4℃條件下離心5 min,吸干乙醇,通風(fēng)櫥內(nèi)吹干,加入適量無RNA酶無菌水溶解沉淀,超微量核酸分光光度計(jì)測(cè)定RNA濃度及純度,-20℃保存以備后續(xù)熒光定量分析。1.6分組①和分組②的細(xì)胞采用Trizol裂解H9C2細(xì)胞,后續(xù)總RNA提取同上;以抽提的總RNA作為模板,采用莖環(huán)引物rno-miR-25-SLP合成cDNA,再以cDNA為模板,SYBR Green I作為熒光染料,U6作為內(nèi)參,rno-miR-25-3p和UDP作為正反引物檢測(cè)miR-25-3p的表達(dá)水平,用2-△△Ct法計(jì)算待測(cè)基因的相對(duì)表達(dá)。引物序列見表1。
取1.2分組大鼠心肌組織,加入含蛋白酶抑制劑的RIPA,冰浴條件下采用電動(dòng)勻漿機(jī)打碎組織,冰浴10~20 min,4℃條件下以12 000×g,離心10 min,將上清轉(zhuǎn)移至另一干凈離心管,采用BCA法測(cè)定蛋白濃度;1.6分組②前4組細(xì)胞加入含蛋白酶抑制劑的RIPA,充分裂解細(xì)胞,后續(xù)蛋白抽提方法同上;SDS-PAGE蛋白電泳分別采用4%的濃縮膠和10%的分離膠,上樣量為25 μg總蛋白,電泳結(jié)束后轉(zhuǎn)至PVDF膜,5%脫脂牛奶封閉1 h,然后更換為一抗(1∶1000)溶液于4℃孵育過夜;TBST洗膜3次,每次10 min,二抗(1∶5000)溶液室溫孵育1 h,TBST洗膜3次,每次10 min,用ECL顯影液顯影,經(jīng)Bio-Rad凝膠成像系統(tǒng)進(jìn)行圖像采集,Image J軟件進(jìn)行半定量分析,用目的蛋白條帶和內(nèi)參蛋白條帶IA值的比值表示目的蛋白相對(duì)表達(dá)水平。
Tab.1 Sequence of primers for RT-PCR
實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)采用±s表示。采用GraPhPad Prism 5 Project軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,用單因素方差分析和t檢驗(yàn)進(jìn)行分析處理,以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
大鼠心肌組織HE和Masson染色結(jié)果(圖1)所示,DOX組心肌組織肌纖維排列紊亂,甚至部分肌原纖維溶解、斷裂,膠原纖維增多;相對(duì)于DOX組,CP+DOX組心肌組織肌纖維排列較為整齊,肌纖維較完整,膠原沉積量減少,心肌組織病理病變得到改善。
Fig.1 Effect of creatine phosphate sodium(CP)on pathological changes in myocardial tissues of rats with myocardial injury induced by doxorubicin(DOX).Rats were ip injected with normal saline(5 mL·kg-1)or DOX(2 mg·kg-1),or CP(200 mg·kg-1)+DOX once every other day,for 7 times,and then were fed for another 7 d after the last injection.Arrows show the collagen accumulation in rat myocardial tissue.
TUNEL染色結(jié)果(圖2)所示,與正常對(duì)照組比較,DOX組心肌組織的棕黃色陽性細(xì)胞核增多,約為正常對(duì)照組的4倍(P<0.05);CP+DOX組陽性染色細(xì)胞核明顯少于模型組,約為DOX組的1/2(P<0.05),表明CP能夠減輕DOX誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡。
Fig.2 Effect of CP on apoptotic rate of myocardiocytes of rats with myocardial injury induced by DOX(TUNEL staining).See Fig.1 for the rat treatment.Arrows show apoptosis cells in the rat myocardial tissues.B:semi-quantitative result of A.IA:intensity absorbance.±s,n=5.*P<0.05,compared with normal control group;#P<0.05,compared with DOX group.
熒光定量PCR法檢測(cè)結(jié)果(表2)顯示,與正常對(duì)照組比較,DOX組大鼠心肌組織中miR-25-3p表達(dá)上升了4.57倍(P<0.05),而CP+DOX組miR-25-3p表達(dá)水平相對(duì)DOX組下降77.3%(P<0.05),基本恢復(fù)到正常對(duì)照組的水平。
Tab.2 Effect of CP on miR-25-3p mRNA in myocardial tissue of rats with myocardial injury induced by DOX
熒光定量PCR分析結(jié)果(圖3A)顯示,H9C2細(xì)胞miR-25-3p表達(dá)水平隨著DOX刺激時(shí)間的延長(zhǎng)而持續(xù)升高,呈時(shí)間依賴性上調(diào)(r=0.9681,P<0.05)。與 DOX 1 μmol·L-1組比較,NAC+DOX 組和CP+DOX組miR-25-3p表達(dá)水平均顯著下調(diào)(P<0.05)(圖3B)。
Fig.3 Effect of CP or N-acetylcysteine(NAC)on miR-25-3p mRNA expression in H9C2 cells induced by DOX by quantitative real-time PCR(qRT-PCR).A:H9C2 cells were treated with DOX 1 μmol·L-1for 0,3,6,12 and 24 h.±s,n=3.*P<0.05,compared with cell control group(0 h).B:H9C2 cells were pretreated with CP 1 mmol·L-1or NAC 0.5 mmol·L-1 for 1 h,then DOX 1 μmol·L-1for 24 h.±s,n=3.*P<0.05,compared with cell control group;#P<0.05,compared with DOX group.
CCK8檢測(cè)結(jié)果(圖4)顯示,DOX 1 μmol·L-1組H9C2細(xì)胞存活率顯著降低(P<0.05);與DOX組相比,CP+DOX組細(xì)胞存活率升高(P<0.05),表明CP 1 mmol·L-1能夠明顯改善DOX對(duì)H9C2細(xì)胞存活的抑制作用。
Fig.4 Effect of CP on H9C2 cell viability incluced by DOX.See Fig.3 for the cell treatment.±s,n=5.*P<0.05,compared with cell control group;#P<0.05,compared with DOX group.
Western印跡法檢測(cè)結(jié)果(圖5A和B)顯示,與正常對(duì)照組比,DOX組SOD2和SERCA2a蛋白表達(dá)水平分別下降了約30%和20%(P<0.05),而活化胱天蛋白酶3蛋白上升了約50%;與DOX組比較,CP+DOX組SOD2和SERCA2a蛋白表達(dá)上調(diào)(P<0.05),顯著降低了活化的胱天蛋白酶3蛋白表達(dá)水平。
Fig.5 Effect of CP on protein expressions of superoxide dismutase 2(SOD2),sarco/endoplasmic reticulum-Ca2+ATPase(SERCA2a)and cleaved-caspase 3 in rats with myocardial injury induced by DOX by Western blotting.See Fig.1 for the rat treatment.B:semi-quantitaive results of A.±s,n=5.*P<0.05,compared with normal control group;#P<0.05,compared with DOX group.
Western印跡結(jié)果(圖6A和B)顯示,DOX刺激H9C2細(xì)胞3 h,SERCA2a蛋白表達(dá)上升,隨后開始下降,直至24 h,其表達(dá)水平遠(yuǎn)低于0 h;而活化的胱天蛋白酶3蛋白表達(dá)水平呈時(shí)間依賴性上升(r=0.8124,P<0.05)。當(dāng)CP 1 mmol·L-1預(yù)處理H9C2細(xì)胞1 h后,再加生理鹽水或DOX 1 μmol·L-1繼續(xù)處理24 h,結(jié)果如圖(圖6C和D所示),與細(xì)胞對(duì)照組相比,CP組SOD2,SERCA2a和活化的胱天蛋白酶3蛋白表達(dá)均無明顯變化;與DOX組比較,CP+DOX組SOD2和SERCA2a蛋白表達(dá)上調(diào)(P<0.05),而活化的胱天蛋白酶3蛋白表達(dá)下調(diào)(P<0.05)。
Fig.6 Effect of CP on protein expressions of SOD2,SERCA2a and cleaved-caspase 3 in H9C2 cells induced by DOX by Western blotting.See Fig.4 for the cell treatment.B:semi-quantitative result of A.±s,n=3.*P<0.05,compared with 0 h.D:semi-quantitative result of C.±s,n=3.*P<0.05,compared with cell control group;#P<0.05,compared with DOX group.
本研究結(jié)果顯示,CP在一定程度上改善DOX所致大鼠心肌組織肌原纖維紊亂,減少膠原蛋白的累積和心肌組織細(xì)胞凋亡;另一方面,DOX減弱心肌組織抗氧化活性蛋白SOD2和涉及Ca2+動(dòng)態(tài)平衡調(diào)控的SERCA2a蛋白的表達(dá),上調(diào)凋亡信號(hào)活化胱天蛋白酶3蛋白和miR-25-3p表達(dá)。CP的干預(yù)部分緩解DOX誘導(dǎo)SOD2和SERCA2a的表達(dá)下調(diào),降低活化的胱天蛋白酶3蛋白和miR-25-3p的表達(dá)水平。以上結(jié)果表明,CP的干預(yù)改善DOX誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡,同時(shí)miR-25-3p/SERCA2a信號(hào)通路發(fā)生相應(yīng)的變化。由此,CP緩解DOX誘導(dǎo)的大鼠心肌損傷,可能機(jī)制涉及CP對(duì)DOX誘導(dǎo)miR-25-3p/SERCA2a信號(hào)通路的抑制,改善心肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+動(dòng)態(tài)平衡,減少心肌細(xì)胞凋亡。
DOX處理H9C2細(xì)胞3 h,miR-25-3p的表達(dá)水平無變化,從第6 h開始,miR-25-3p的表達(dá)水平呈時(shí)間依賴性上升;miR-25-3p靶基因SERCA2a的表達(dá)水平在DOX刺激3 h時(shí)急劇增加,隨后隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸下降,24 h的表達(dá)水平要遠(yuǎn)低于0 h,在最初3 h的急劇增加可能是細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng),起到自我保護(hù)的作用,隨后SERCA2a受到miR-25-3p的干擾而表達(dá)水平逐漸下降;CP預(yù)處理1 h后再給予DOX刺激H9C2 24 h,結(jié)果同動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,CP改善DOX誘導(dǎo)SOD2和SERCA2a蛋白表達(dá)下調(diào),抑制活化的胱天蛋白酶3蛋白和miR-25-3p表達(dá)增加;我們之前報(bào)道NAC的干預(yù)減輕DOX誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激[17]。本研究CCK8實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,NAC和CP都能顯著改善DOX的心肌細(xì)胞毒性作用。以上結(jié)果說明,CP具有較好的抗氧化活性的同時(shí),可能通過抗氧化作用來抑制DOX誘導(dǎo)miR-25-3p/SERCA2a信號(hào)通路的活性,改善心肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+動(dòng)態(tài)平衡,減輕DOX的心肌毒性。
DOX所致心肌損傷的機(jī)制主要涉及β腎上腺素受體途徑、細(xì)胞內(nèi)Ca2+途徑和氧化應(yīng)激介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡,SERCA2a的表達(dá)上調(diào)能夠減輕DOX心肌毒性[18-19]。CP在臨床上應(yīng)用于心臟手術(shù)或癌癥患者化療前的心臟保護(hù)作用,但其作用機(jī)制并不明確。本研究體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,CP具有較好的抗氧化活性,并顯著改善DOX心臟毒性。深入研究發(fā)現(xiàn),CP抑制DOX誘導(dǎo)miR-25-3p表達(dá)上調(diào),SERCA2a的表達(dá)下調(diào)。綜上所述,CP有可能通過調(diào)控miR-25-3p/SERCA2a信號(hào)通路改善細(xì)胞內(nèi)Ca2+動(dòng)態(tài)平衡,減輕DOX誘導(dǎo)的心臟毒性,揭示了CP改善DOX心臟毒性的可能調(diào)控機(jī)制,為臨床預(yù)防和改善DOX的心臟毒性提供一定的理論基礎(chǔ)和研究思路。
中國(guó)藥理學(xué)與毒理學(xué)雜志2019年12期