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文檔簡介
1、一、研究背景:
心肌缺血再灌注(ischemia/reperfusion,IR)使心肌細(xì)胞凋亡增加,導(dǎo)致再灌注后心功能不全,是制約心血管手術(shù)臨床療效的重要因素。如何有效地降低IR后心肌細(xì)胞凋亡,減少心肌損傷,保護(hù)心功能,一直都是心血管領(lǐng)域基礎(chǔ)和臨床研究的熱點(diǎn)。近來研究發(fā)現(xiàn),心肌IR時會引起嚴(yán)重的氧化應(yīng)激,產(chǎn)生大量活性氧簇(reactive oxygenspecies,ROS),觸發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic retic
2、ulum stress,ERS),誘發(fā)氧化型鈣/鈣調(diào)蛋白依賴性激酶Ⅱ(ox-Ca2+/calmodulin-dependent protein kinaseⅡ,ox-CaMKⅡ)激活,導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡。心肌IR發(fā)生時,CaMKⅡ能夠介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載而加重心肌IR損傷。晚近有學(xué)者發(fā)現(xiàn)新型氣體分子氫(Hydrogen,H2)可以在IR中選擇性抗氧化而發(fā)揮保護(hù)作用。我們推測,H2可能通過減少心肌IR后ROS的產(chǎn)生,調(diào)節(jié)ERS,降低CaM
3、KⅡ的活化,減少細(xì)胞Ca2+([Ca2+]i),維持細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài),從而抑制心肌細(xì)胞凋亡,發(fā)揮保護(hù)心功能的作用。
二、研究目的:
1、明確分子氫在心肌IR損傷中的心肌保護(hù)作用;
2、闡明分子氫在心肌IR中保護(hù)心肌的分子機(jī)制。
三、研究方法:
?。ㄒ唬〩2調(diào)節(jié)ERS影響細(xì)胞凋亡的實(shí)驗(yàn)研究
乳鼠心肌細(xì)胞先經(jīng)低氧(1%氧氣+5%二氧化碳+94%氮?dú)猓┡囵B(yǎng)30min,然后正常(5%二氧化碳
4、+95%空氣)培養(yǎng)120min,以建立細(xì)胞缺氧復(fù)氧(hypoxia/reoxygenation,HR)模型。實(shí)驗(yàn)用細(xì)胞隨機(jī)分為3組:Con組、HR組和H2組(先使用0.6mM富氫DMEM培養(yǎng)基培養(yǎng)30min,再進(jìn)行HR)。
采用CCK-8測定心肌細(xì)胞活力,二硝基苯肼比色法測定培養(yǎng)液上清中LDH含量,ELISA法測定培養(yǎng)液上清中cTnⅠ含量,流式細(xì)胞儀測定細(xì)胞凋亡率,以及Westernblot檢測CHOP、Bcl-2和Bax蛋白
5、的表達(dá)水平。
?。ǘ〩2調(diào)節(jié)ERS-CaMKⅡ-Ca2+超載影響細(xì)胞凋亡機(jī)制研究
1、CHOP介導(dǎo)H2影響CaMKⅡ氧化激活的研究
構(gòu)建大鼠CHOP基因過表達(dá)慢病毒載體(Lv-CHOP)和CHOP基因短發(fā)卡RNA(shRNA)慢病毒載體(Lv-shRNA),分別轉(zhuǎn)染乳鼠離體心肌細(xì)胞以上調(diào)或下調(diào)CHOP的表達(dá)水平。采用與第1部分相同方法構(gòu)建離體細(xì)胞HR模型。實(shí)驗(yàn)用細(xì)胞隨機(jī)分為7組:Con組、HR組、H2組、H
6、R+Lv-CHOP組(采用Lv-CHOP轉(zhuǎn)染的細(xì)胞,處理同HR組)、HR+Lv-CHOP+H2組(采用Lv-CHOP轉(zhuǎn)染的細(xì)胞,處理同H2組)、HR+Lv-shRNA組(采用Lv-shRNA轉(zhuǎn)染的細(xì)胞,處理同HR組)和HR+Lv-shRNA+H2組(采用Lv-shRNA轉(zhuǎn)染的細(xì)胞,處理同H2組)。采用Western blot檢測ox-CaMKⅡ和CaMKⅡ蛋白的表達(dá)水平。
2、CaMKⅡ介導(dǎo)H2影響細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載的研究
7、r> 同第1部分方法建立離體心肌細(xì)胞HR模型,使用KN-93特異性阻滯CaMKⅡ激活。實(shí)驗(yàn)用細(xì)胞隨機(jī)分成5組:Con組、HR組、H2組、HR+ KN-93組(細(xì)胞先在含2μM KN-93的DMEM培養(yǎng)基中培養(yǎng)30min,后處理同HR組)和HR+H2+ KN-93組(細(xì)胞先在含2μM KN-93的富氫DMEM培養(yǎng)基中培養(yǎng)30min,后處理同HR組)。采用流式細(xì)胞儀檢測細(xì)胞內(nèi)Ca2+([Ca2+]i)和細(xì)胞凋亡率,以及Western bl
8、ot檢測Bcl-2和Bax蛋白的表達(dá)水平。
?。ㄈ〩2調(diào)節(jié)ERS影響細(xì)胞凋亡的在體驗(yàn)證研究
通過結(jié)扎冠狀動脈左前降支缺血30min,隨后再通恢復(fù)灌注120min建立大鼠心肌IR模型。30只SD大鼠隨機(jī)分為3組:Sham組(只進(jìn)行開胸手術(shù))、IR組和H2組(再灌注前5min給予腹腔注射10mL/kg富氫生理鹽水)。
再灌注后120min測定大鼠的左心室收縮壓(LVSP)和左心室等容收縮期壓力最大變化速率(+d
9、p/dtmx),Evans-Blue/TCC雙染色測定心肌梗死面積。采用免疫組織化學(xué)法測定心肌中8-OHdG和3-NT的陽性表達(dá)指數(shù),二硝基苯肼比色法測定血清中LDH含量,ELISA測定血清中cTnⅠ含量,TUNEL法檢測心肌細(xì)胞凋亡指數(shù),以及Western blot檢測CHOP、ox-CaMKⅡ、CaMKⅡ、Bcl-2、Bax蛋白表達(dá)水平。
四、研究結(jié)果:
(一)H2調(diào)節(jié)ERS影響細(xì)胞凋亡的實(shí)驗(yàn)研究
1、
10、H2改善心肌細(xì)胞HR后細(xì)胞活力
各組心肌細(xì)胞的細(xì)胞活力分別為:Con98.8±1.0%,HR32.6±5.2%,H259.3±3.9%,其中H2組顯著高于HR組(P<0.001),提示H2可改善心肌細(xì)胞HR后細(xì)胞活力。
2、H2減少心肌細(xì)胞HR后損傷
各組心肌細(xì)胞培養(yǎng)液上清中LDH含量分別為:Con12.2±1.7 U/L,HR24.7±3.1U/L,H219.3±2.9 U/L,其中H2組顯著低于HR組(
11、P=0.047);各組培養(yǎng)液上清中cTnⅠ含量分別為:Con68.2±8.8 ng/L,HR127.8±16.6 ng/L,H295.7±7.6 ng/L,其中H2組顯著低于HR組(P=0.015),提示H2可減少心肌細(xì)胞HR后損傷。
3、H2減少心肌細(xì)胞HR后細(xì)胞凋亡
與Con組相比,HR組Bcl-2/Bax比值顯著降低(P<0.001),而H2組Bcl-2/Bax比值顯著高于HR組(P<0.001),提示H2在心
12、肌細(xì)胞HR后可通過升高Bcl-2/Bax比值而減少細(xì)胞凋亡。
各組心肌細(xì)胞凋亡率分別為:Con7.7±1.6%,HR87.7±9.0%,H268.9±9.6%,其中H2組顯著低于HR組(P=0.024),提示H2可減少心肌細(xì)胞HR后細(xì)胞凋亡率。
4、H2影響心肌細(xì)胞HR后ERS,降低CHOP表達(dá)
與Con組相比,HR組ERS相關(guān)蛋白CHOP表達(dá)顯著升高(P<0.001),而H2組CHOP表達(dá)顯著高于HR組(
13、P<0.001),提示H2影響心肌細(xì)胞HR后ERS,降低CHOP表達(dá)水平。
?。ǘ〩2調(diào)節(jié)ERS-CaMKⅡ-Ca2+超載影響細(xì)胞凋亡機(jī)制研究
1、CHOP介導(dǎo)H2對心肌細(xì)胞CaMKⅡ氧化激活水平的影響
與Con組相比,HR組ox-CaMKⅡ/CaMKⅡ比值顯著升高(P<0.001),而H2組ox-CaMKⅡ/CaMKⅡ比值顯著低于HR組(P<0.001),提示H2可降低細(xì)胞HR后CaMKⅡ氧化激活(即ox
14、-CaMKⅡ)水平。當(dāng)上調(diào)CHOP表達(dá)(即HR+Lv-CHOP組),與HR組相比,ox-CaMKⅡ/CaMKⅡ比值顯著升高(P=0.002),在此基礎(chǔ)上再給予氫(即HR+Lv-CHOP+H2組),與HR+Lv-CHOP組相比,ox-CaMKⅡ/CaMKⅡ比值降低(P<0.001),但與HR組之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.163);當(dāng)下調(diào)CHOP表達(dá)(即HR+Lv-shRNA組),與HR組相比,ox-CaMKⅡ/CaMKⅡ比值顯著降低(P<0
15、.001),在此基礎(chǔ)上再給予氫(即HR+Lv-shRNA+H2組),與HR+Lv-shRNA組相比,ox-CaMKⅡ/CaMKⅡ比值顯著降低(P<0.001),且與H2組無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.940),提示CHOP介導(dǎo)H2對CaMKⅡ氧化激活水平的影響。
2、CaMKⅡ介導(dǎo)H2對心肌細(xì)胞[Ca2+]i水平的影響
與Con組相比,HR組[Ca2+]i水平顯著升高(P<0.001),而H2組[Ca2+]i水平顯著低于HR
16、組(P<0.001),提示H2可降低細(xì)胞HR后[Ca2+]i水平。當(dāng)KN-93抑制CaMKⅡ激活(即HR+KN-93組),與HR組相比,[Ca2+]i水平顯著降低(P<0.001),在此基礎(chǔ)上再給予氫(即HR+KN-93+H2組),與HR+KN-93組相比,[Ca2+]i水平顯著降低(P=0.001),且與H2組無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.143),提示CaMKⅡ介導(dǎo)H2對[Ca2+]i水平的影響。
3、CaMKⅡ介導(dǎo)H2對心肌細(xì)胞
17、凋亡的影響
與HR組相比,HR+KN-93組Bcl-2/Bax比值顯著升高(P=0.004),而HR+KN-93+H2組Bcl-2/Bax比值顯著高于HR+KN-93組(P=0.030),且與H2組無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.372),提示CaMKⅡ介導(dǎo)H2對Bcl-2/Bax比值的影響。
同樣地,與HR組相比,HR+KN-93組細(xì)胞凋亡率顯著降低(P<0.001),而HR+KN-93+H2組細(xì)胞凋亡率顯著低于HR+KN-
18、93組(P<0.001),且與H2組無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.272),提示CaMKⅡ介導(dǎo)H2對細(xì)胞凋亡率的影響。
(三)H2調(diào)節(jié)ERS影響細(xì)胞凋亡的在體驗(yàn)證研究
1、H2減少心肌IR后羥自由基(·OH)和過氧亞硝基陰離子(ONOO-)
反映·OH水平的8-羥基脫氧鳥嘌呤(8-OHdG)在各組心肌中的陽性表達(dá)指數(shù)分別為:Sham4.3±0.8%,IR89.1±0.8%,H254.9±5.0%,其中H2組顯著低于
19、IR組(P<0.001);反映ONOO-水平的3-硝基酪氨酸(3-NT)在各組中的陽性表達(dá)指數(shù)分別為:Sham9.7±0.8%,IR86.7±5.2%,H263.4±7.4%,同樣的,H2組顯著低于IR組(P<0.001),提示H2減少心肌IR中·OH和ONOO-的含量。
2、H2影響心肌IR后ERS,降低CHOP表達(dá)
與Sham組相比,IR組CHOP表達(dá)水平顯著升高(P<0.001),而H2組CHOP表達(dá)水平顯著低
20、于IR組(P=0.001),證實(shí)H2可調(diào)控ERS,降低心肌IR后CHOP表達(dá)。
3、H2降低心肌IR后CaMKⅡ氧化激活水平
與Sham組相比,IR組ox-CaMKⅡ/CaMKⅡ比值顯著升高(P<0.001),而H2組ox-CaMKⅡ/CaMKⅡ比值顯著低于IR組(P<0.001),證實(shí)H2可降低心肌IR后CaMKⅡ氧化激活水平。
4、H2減少心肌IR后細(xì)胞凋亡
與Sham組相比,IR組Bcl-2
21、/Bax比值顯著降低(P<0.001),而H2組Bcl-2/Bax比值顯著高于IR組(P=0.003),證實(shí)H2在心肌IR后可通過升高Bcl-2/Bax比值而減少細(xì)胞凋亡。
各組大鼠心肌細(xì)胞凋亡指數(shù)分別為:Sham4.6±1.1%,IR42.7±5.7%,H228.1±6.9%。其中H2組顯著低于IR組(P=0.001),證實(shí)H2可減少心肌IR后細(xì)胞凋亡數(shù)。
5、H2降低心肌IR后損傷
各組大鼠血清中LDH
22、含量分別為:Sham2195.4±167.6 U/L,IR4159.7±243.1 U/L,H23699.4±182.7 U/L,其中H2組顯著低于HR組(P=0.003);各組大鼠血清中cTnⅠ含量分別為:Sham35.4±3.5 ng/L,IR150.5±18.4 ng/L,H2121.6±13.8 ng/L,其中H2組顯著低于HR組(P=0.005),證實(shí)H2可減少心肌IR后損傷。
6、H2減少心肌IR后梗死面積
23、 與IR組相比,H2組心肌梗死區(qū)面積/危險區(qū)面積(INF/AAR)顯著降低(22.4±2.9vs48.4±3.5%,P<0.001),證實(shí)H2可減少心肌IR后梗死面積。
7、H2改善心肌IR后心功能
體現(xiàn)左心室心肌收縮能力的LVSP和+dp/dtmax在IR組均顯著低于Sham組(92.4±6.3 vs131.8±8.1 mmHg,P<0.001;3601.2±339.6 vs8563.4±514.6 mmHg/s
24、,P<0.001),而H2組的LVSP和+dp/dtmax較IR組顯著提高(120.0±9.7 vs92.4±6.3mmHg,P<0.001;5801.0±816.8 vs3601.2±339.6 mmHg/s,P<0.001),證實(shí)H2可改善心肌IR后左心室心肌收縮能力,保護(hù)心功能。
五、研究結(jié)論:
1、心肌IR能激活ERS,增加心肌細(xì)胞的凋亡;
2、H2可通過減輕心肌IR后ERS,下調(diào)CHOP表達(dá),降低
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