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复方中药稳斑汤减少同型半胱氨酸诱导大鼠心肌(6)

来源:心脏杂志 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2021-01-28
作者:网站采编
关键词:
摘要:结果与结论:①与对照组相比,模型组心脏微血管内皮细胞存活能力显著降低,乳酸脱氢酶的渗漏量显著增加,引起氧化应激以及炎症因子的释放,最终导

结果与结论:①与对照组相比,模型组心脏微血管内皮细胞存活能力显著降低,乳酸脱氢酶的渗漏量显著增加,引起氧化应激以及炎症因子的释放,最终导致细胞大量凋亡,差异有显著性意义;与模型组相比,稳斑汤组心脏微血管内皮细胞存活能力增加,乳酸脱氢酶的渗漏量降低,细胞中白细胞介素1β、细胞间黏附分子1、白细胞介素6和肿瘤坏死因子α的浓度降低(P< 0.05),细胞凋亡数目减少;②PI3K抑制剂能够逆转稳斑汤对同型半胱氨酸诱导的心脏微血管内皮细胞凋亡的抑制作用;③结果说明,稳斑汤可显著提高同型半胱氨酸损伤的心脏微血管内皮细胞存活能力,降低乳酸脱氢酶的渗漏量,抑制氧化应激水平以及炎症因子的释放,最终减少细胞凋亡数,这种作用与抑制PI3K/Akt信号通路有关。

BACKGROUND:Studies have shown that serum homocysteine concentration is an independent predictor of the prevalence and severity of coronary artery disease for patients with normal hypersensitivity C-reactive protein levels.

OBJECTIVE:To investigate the protective effect ofWenbanDecoction on the apoptosis of rat cardiac microvascular endothelial cells (CMECs) induced by homocysteine by regulating PI3K/Akt signaling pathway.

METHODS:Rat CMECs were primarily culturedin vitro, and the cells were randomly divided into control group, model group andWenbanDecoction group(50 mg/LWenbanDecoction). The cells in the latter two groups were injured by 10 mmol/L homocysteine prior to the treatment. Cell counting kit-8 was used to detect the cell viability of each group. ELISA was used to determine serum lactate dehydrogenase, malondialdehyde, whole blood catalase, superoxide dismutase, glutathione peroxidase, interleukin 6, intercellular adhesion molecule 1, interleukin 1β, and tumor necrosis factor α. Flow cytometry was used to detect cell apoptosis after addition of LY based on the treatment withWenbanDecoction. Western blot was used to detect the expression of PI3K, Akt,p-Akt, Bax, Bcl-2 and caspase3 protein in the cells. An ethic approval was given by the Animal Experiment Ethics Committee of Liaoning University of Traditional Chinese Medicine (approval No. 21).

RESULTS AND CONCLUSION:Compared with the control group, the survival ability of CMECs in the model group was significantly reduced, the leakage of lactate dehydrogenase was significantly increased, which caused oxidative stress and the release of inflammatory factors, and finally led to a large number of apoptosis. Compared with the model group,WenbanDecoction improved the survival ability of CMECs, reduced the leakage of lactate dehydrogenase,significantly decreased the intracellular levels of interleukin 1β, intercellular adhesion molecule 1, interleukin 6 and tumor necrosis factor α (P< 0.05), as well as reduced the number of apoptotic cells. PI3K inhibitor reversed the inhibitory effect ofWenbanDecoction on homocysteine-induced apoptosis of CMECs. To conclude,WenbanDecoction can significantly improve the survival ability of CMECs, reduce the leakage of lactate dehydrogenase, inhibit the level of oxidative stress and the release of inflammatory factors, and ultimately reduce the number of apoptotic cells, which is related to the inhibition of PI3K/Akt signaling pathway.

0 引言 Introduction冠心病也称为冠状动脉粥样硬化性心脏病,可导致不可预测性的突然死亡。根据《2016年中国卫生和计划生育统计年鉴》统计冠心病已是全球死亡率最高的疾病之一,中国冠心病死亡人数已经列为世界第二,2017年已达到2.9亿人次,且今后10年患病人数仍在快速增加[1]。冠心病通常以闭塞性心外膜冠状动脉狭窄为特征,引起相应部位的心肌缺血缺氧,严重时产生坏死乃至死亡[2]。据报道,内皮细胞功能障碍是冠心病的早期表现。此外,微血管内皮细胞功能障碍被认为是心血管疾病的病理基础和始动过程[3]。心脏微血管内皮细胞(CMECs)与心脏血管生成密切相关[4]。心脏微血管内皮细胞通过影响心肌代谢和收缩性能来调节和维持心脏功能,其损伤先于心肌细胞损伤[5]。因此,减少心脏微血管内皮细胞的损伤可能有助于保护心肌细胞对抗冠心病的发生。许多研究证实中药及其复方对受损的心脏微血管内皮细胞有较好的功效,比如芪苈强心、复方丹参滴丸、脑心通胶囊等[6-8]。稳斑汤作为搜风祛痰中药复方,通过干预动脉硬化不稳定斑块的形成以及改善血管内皮功能和血脂,在动脉粥样硬化以及冠心病不稳定型心绞痛等冠脉血管病变疾病中发挥着较好的疗效[9-10],但是稳斑汤是否能减轻同型半胱氨酸诱导大鼠心脏微血管内皮细胞凋亡还未见报道。因此,此次实验体外原代培养大鼠心脏微血管内皮细胞,用10 mmol/L 同型半胱氨酸构建损伤模型,观察稳斑汤对其保护作用,为临床上治疗冠心病提供一个新的途径。1 材料和方法 Materials and 设计 细胞学实验 时间及地点 实验于2018年10月至2019年10月在辽宁中医药大学完成 材料1.3.1 实验动物 SPF级SD大鼠,雌雄不限,体质量(200±10)g,购于辽宁长生生物有限公司,许可证号:SCXK(辽):2012-0001,动物分笼饲养,室温维持在 20-25 ℃,每日光照12 h,待大鼠适应饲养环?实验药物 稳斑汤: 由全蝎、蜈蚣、地龙、陈皮、半夏、白术、水蛭组成,由辽宁中医药大学附属医院中药局提供,加工制成含生药 2 000 g/L的中药浓缩液备用[11] 实验用主要试剂 PBS(Solarbio公司);胰酶、胶原酶Ⅱ、PI3K抑制剂LY(Sigma公司);DMEM培养基和胎牛血清(Gibco公司);青-链霉素(penicillin-strepotomycin,P/S)(Thermo公司);CCK-8试剂盒(上海翊圣生物科技有限公司);乳酸脱氢酶 、丙二醛、全血氧化氢酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶、白细胞介素6、细胞间黏附分子1、白细胞介素1β、肿瘤坏死因子α ELISA 试剂盒(酶免公司);BCA蛋白浓度测定试剂盒和SDS-PAGE蛋白上样缓冲液(5X)(碧云天生物技术研究所);TransDetect? Annexin V-FITC/PI Cell Apoptosis Detection Kit(全式金生物 );兔抗 PI3K、AKT、p-AKT、Bax、Bcl-2和caspase3和GAPDH一抗(Cell Signaling Technology公司),HRP标记二抗(Santa Cruz Biotechnology公司) 仪器 生物安全柜(山东博科科学仪器有限公司);倒置荧光显微镜、DFC500照相系统(德国莱卡);多功能酶标仪(南京德铁);二氧化碳培养箱(Thermo公司);超低温冰箱(青岛海尔);流式细胞仪(美天旎);Western Blot 电泳仪和转膜仪(Bio-Rad) 实验方法1.4.1 大鼠心脏微血管内皮细胞的原代培养与分组 麻醉后断头处死SD大鼠,体积分数75%乙醇浸泡大鼠进行消毒处理。超净台中无菌条件下取出心脏,在预冷的PBS中分离出左心室置于4 mL离心管中,小剪刀剪成糜状。将组织块转移至15 mL离心管中,加入10 mL含1 g/L胰酶、0.5 g/L胶原酶Ⅱ的消化液中,37 ℃水浴震荡消化10 min,共5次。加入3 mL含有体积分数10% 胎牛血清和1% P/S的DMEM的完全培养基终止消化,1 000 r/min离心10 min,弃上清,用2 mL完全培养基重悬细胞。细胞悬液过260目筛,过滤到培养瓶中,置于含有体积分数5%CO2的培养箱中差速贴壁1.5 h。取出培养瓶,将含有心肌细胞的悬液转移入15 mL离心管中,1 000 r/min离心10 min,弃上清,用完全培养基重悬细胞,以2×108L-1的细胞浓度100 μL接种于经多聚赖氨酸包被的培养板中,24 h后全量换液。待细胞融合度达到85%以上进行实验。将细胞分为对照组、10 mmol/L的同型半胱氨酸的模型组(模型组)、同型半胱氨酸+50 mg/L 稳斑汤给药组(稳斑汤组),每组6个复孔,24 h后用于以下实验 CCK-8法检测细胞存活能力 收集经过处理的各组细胞(1×109L-1)分别接种于 96 孔培养板中,每孔加入含有10%CCK-8溶液的培养基,置于含有体积分数5% CO2-95%空气的37 ℃的培养箱中培养。4 h 后用多功能酶标仪在450 nm 处测定各组细胞的吸光度(A值) ELISA 法检测细胞上清中乳酸脱氢酶漏出量、氧化应激水平以及炎症因子释放量 按照 ELISA 试剂盒说明书所示方法检测上步收集的各组细胞上清液中乳酸脱氢酶、丙二醛、全血氧化氢酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶、白细胞介素6、细胞间黏附分子1、白细胞介素1β、肿瘤坏死因子α的含量,根据标准曲线计算各组的乳酸脱氢酶漏出量、氧化应激水平以及炎症因子释放量 流式细胞术检测各组细胞凋亡情况 将各组心肌细胞用不含EDTA的胰酶进行消化,PBS清洗2遍后,加入500 μL的binding buffer重悬细胞,加入5 μL Annexin V-Light 650混匀后,再加入5 μL PI混匀,避光反应15 min,用流式细胞仪检测各组大鼠心肌细胞的凋亡率 Western Blot 法检测各组细胞中PI3K、Akt和p-Akt蛋白水平 取培养于培养板中的各组细胞,用细胞刮收集细胞;4 ℃,12 000 r/min离心15 min,取上清于1.5 mL离心管中等待定量。采用BCA法测定蛋白浓度后,各组取30 μg蛋白煮沸变性后进行SDS-PAGE凝胶电泳,320 mA恒流转膜1.5 h,5%脱脂奶粉封闭液封闭1 h,TBST洗膜3次,每次5 min,按1∶1 000比例加入PI3K、Akt、p-Akt和GAPDH抗体稀释液,TBST洗膜3次,每次5 min,1∶1 000比例加入HRP标记二抗,室温孵育1 h。ECL发光试剂盒发光,凝胶成像系统成像,Image J软件计算灰度值,采用目的条带与内参蛋白条带吸光度比值作为结果进行统计分析 PI3K抑制剂的加入 为了探讨稳斑汤是否通过抑制PI3K/AKT通路发挥作用,引入了PI3K抑制剂LY。将细胞分为模型组、模型+稳斑汤组(稳斑汤组)、模型+稳斑汤+ PI3K抑制剂(10 μmol/L)组(PI3K抑制剂组)。用流式细胞仪检测各组细胞的凋亡情况;Western Blot 法检测各组细胞中Bax、Bcl-2和caspase3蛋白水平 主要观察指标 ①大鼠心脏微血管内皮细胞存活能力;②大鼠心脏微血管内皮细胞的乳酸脱氢酶漏出量和氧化应激水平;③大鼠心脏微血管内皮细胞炎症反应;④大鼠心脏微血管内皮细胞凋亡情况;⑤大鼠心脏微血管内皮细胞中PI3K和p-AKT蛋白表达;⑥大鼠心脏微血管内皮细胞中Bax/Bcl-2和caspases蛋白的表达 统计学分析 应用SPSS 17.0统计软件进行计算分析。所有数据以表示,多组间均数的比较采用单因素方差分析,其中两两比较采用LSD-t法,以P< 0.05为差异有显著性意义。2 结果 大鼠心脏微血管内皮细胞存活能力 CCK8检测细胞活力结果见图1。与对照组相比,同型半胱氨酸可显著降低细胞存活数目,细胞存活率下降(P< 0.05);在细胞中加入稳斑汤可提升细胞存活率(P< 0.05),说明稳斑汤能明显提高同型半胱氨酸致损伤大鼠心脏微血管内皮细胞的存活能?大鼠心脏微血管内皮细胞的乳酸脱氢酶漏出量和氧化应激水平 ELISA检测乳酸脱氢酶漏出量结果见图2A。与对照组相比,模型组细胞乳酸脱氢酶漏出量显著增多(P< 0.05);而给予稳斑汤治疗的细胞乳酸脱氢酶漏出量显著降低为(P<0.05),说明稳斑汤能明显降低同型半胱氨酸致损伤大鼠心脏微血管内皮细胞的乳酸脱氢酶漏出量。进一步通过ELISA方法检测稳斑汤对同型半胱氨酸损伤大鼠心脏微血管内皮细胞的氧化应激水平的影响,结果见图2B。与对照组相比,模型组超氧化物歧化酶、全血氧化氢酶和谷胱甘肽活性明显降低,而丙二醛含量显著提高(P< 0.05);与模型组相比,稳斑汤组能够显著提高同型半胱氨酸损伤大鼠心脏微血管内皮细胞中超氧化物歧化酶、全血氧化氢酶和谷胱甘肽活性,并且能显著降低丙二醛含量,差异有显著性意义(P< 0.05),说明稳斑汤能够减轻同型半胱氨酸所致的氧化应激。图 1|CCK8检测大鼠心脏微血管内皮细胞活力Figure 1 |Cell counting kit-8 detection of the viability of rat myocardial microvascular endothelial cells图注:与对照组相比,aP< 0.05;与模型组相比,bP< 0.05图 2| ELISA检测大鼠心脏微血管内皮细胞乳酸脱氢酶漏出量和氧化应激水平Figure 2 |ELISA detection of oxidative stress level and leakage of lactate dehydrogenase in rat myocardial microvascular endothelial cells图注:图A为乳酸脱氢酶漏出量;B为超氧化物歧化酶、全血氧化氢酶、谷胱甘肽、丙二醛水平,与对照组相比,aP<0.05;与模型组相比,bP< 0.052.3 大鼠心脏微血管内皮细胞炎症反应 见图3。与正常组比较,模型组细胞中白细胞介素1β、细胞间黏附分子1、白细胞介素6和肿瘤坏死因子α水平明显上升(P< 0.05);与模型组相比,给予稳斑汤组细胞中白细胞介素1β、细胞间黏附分子1、白细胞介素6和肿瘤坏死因子α的质量浓度降低(P<0.05)。提示稳斑汤对同型半胱氨酸损伤大鼠心脏微血管内皮细胞中白细胞介素1β、细胞间黏附分子1、白细胞介素6和肿瘤坏死因子α表达有抑制作用 大鼠心脏微血管内皮细胞的细胞凋亡 见图4。与对照组相比,模型组细胞凋亡增多(P< 0.05);与模型组相比,稳斑汤给药组的凋亡率显著下降(P< 0.05),提示稳斑汤能减少同型半胱氨酸诱导大鼠心脏微血管内皮细胞的细胞凋亡 大鼠心脏微血管内皮细胞中PI3K和p-AKT蛋白的表达见图5,与对照组相比,模型组PI3K和p-AKT表达量明显增加 (P< 0.05);稳斑汤组能降低PI3K和p-AKT的表达 (P< 0.05),说明稳斑汤通过抑制PI3K/AKT信号通路发挥抗凋亡作用。图 3|ELISA检测大鼠心脏微血管内皮细胞炎症因子水平Figure 3 | ELISA detection of inflammatory factors in rat myocardial microvascular endothelial cells图注:与对照组相比,aP< 0.05;与模型组相比,bP< 0.052.6 大鼠心脏微血管内皮细胞凋亡相关蛋白Bax/Bcl-2和caspase3的表达 为了探讨稳斑汤是否通过抑制PI3K/AKT通路减轻同型半胱氨酸诱导微血管内皮细胞凋亡,在稳斑汤治疗基础上加入了PI3K抑制剂LY,通过流式细胞仪检测凋亡率,结果与稳斑汤组相比,PI3K抑制剂组凋亡率显著升高,且与模型组没有统计学差异,见图6。进一步通过Western blot方法检测凋亡相关蛋白,结果与稳斑汤组相比,PI3K抑制剂组Bax/Bcl-2和caspase3表达显著升高,且与模型组没有统计学差异。这些结果均说明稳斑汤通过抑制PI3K/AKT信号通路发挥抗凋亡作用。见图7。3 讨论 Discussion心脏微血管内皮细胞原代培养24 h后开始有细长梭形长出,并逐渐呈放射状向外周分裂生长,72 h后呈现梭形和多边形形态。心脏微血管被证明位于循环的末端,这使得它们拥有调节冠状动脉储备和心肌灌注的能力[12-13]。同型半胱氨酸浓度过高可诱导大鼠心脏微血管内皮细胞的功能障碍和炎症反应,是引发心血管疾病的危险因素。此外,同型半胱氨酸通过激活PAR 4诱导心脏微血管内皮细胞的氧化应激,从而增加活性氧的生成并降低一氧化氮的生物利用度[14]。再者,内皮细胞的凋亡可能导致血管重塑的失调,并预测冠心病患者的内皮细胞功能障碍[15]。内皮功能障碍是动脉粥样硬化病因的一个关键因素,血管内皮损伤可能加速患冠心病的风险[16]。所以此次实验选用同型半胱氨酸诱导大鼠心脏微血管内皮细胞损伤,体外模拟冠心病发生初期的情况。结果表明同型半胱氨酸降低心脏微血管内皮细胞存活能力,增加乳酸脱氢酶的渗漏量,引起氧化应激以及炎症因子的释放,最终导致细胞大量凋亡。图 4|流式细胞检测大鼠心脏微血管内皮细胞的细胞凋亡情况Figure 4 | Flow cytometry detection of apoptosis in rat myocardial microvascular endothelial cells图注:与对照组相比,aP< 0.05;与模型组相比,bP< 0.05图 5|Western blot法检测大鼠心脏微血管内皮细胞中PI3K和p-AKT蛋白的表达Figure 5 | Western blot detection of PI3K and p-AKT in rat myocardial microvascular endothelial cells图注:图A为Western blot成像结果;B为灰度值分析结果。与对照组相比,aP< 0.05;与模型组相比,bP< 0.05中药复方稳斑汤主要功效则是搜风祛痰、活血化瘀,方中运用了搜风中药蜈蚣、全蝎、水蛭、地龙,配合化痰化瘀药法半夏、陈皮、白术[11]。药理研究显示:蜈蚣可以降低血液黏度,使凝血时间延长,改善微循环;全蝎具有抗凝功能,起到抑制形成的功效;水蛭同全蝎一样具有抗凝功能,同时还降低血脂,消退粥样斑块;地龙可以发挥抗凝和纤溶功能;法半夏具有降脂作用;陈皮可扩张血管、增加血流量、增加心肌收缩力,同时还能降低血脂;白术可改善心肌缺血缺氧症状,也有抗凝作用[10]。临床研究显示,稳斑汤联合体外反搏治疗能有效改善冠心病经皮冠状动脉介入治疗(PCI)术后患者的临床疗效,改善血管内皮功能和降低炎性反应递质水平可能是其作用机制之一[17];可通过上调超氧化物歧化酶、血管内皮生长因子、前列腺素E2(PGI2)、一氧化氮表达水平,改善远期预后[18]。作者通过基础实验研究,借此评价稳斑汤对同型半胱氨酸诱导大鼠心脏微血管内皮细胞损伤的保护作用,进一步研究其改善血管内皮细胞的作用机制。结果显示稳斑汤提高模型组心脏微血管内皮细胞存活能力,降低乳酸脱氢酶的渗漏量,抑制同型半胱氨酸引起氧化应激以及炎症因子的释放,最终减少细胞凋亡数目。图 6|流式细胞检测PI3K抑制剂对大鼠心脏微血管内皮细胞凋亡的影响Figure 6 | Flow cytometry detection of apoptosis in rat myocardial microvascular endothelial cells after addition of PI3K inhibitor图注:与对照组相比,aP< 0.05;与稳斑汤组相比,bP< 0.05图 7|Western blot法检测凋亡相关蛋白Bax/Bcl-2和caspase3的表达Figure 7| Western blot detection of Bax/Bcl-2 and caspase3图注:图A为Western blot成像结果;B为灰度值分析结果。与模型组相比,aP< 0.05;与稳斑汤组相比,bP< 0.05PI3K/Akt信号通路参与了多种细胞过程,如细胞存活、增殖、凋亡等[19-21]。先前的研究表明,PI3K/Akt信号通路的活化,促进B细胞淋巴瘤2(Bcl-2)相关X蛋白和Bcl-2的表达,降低心肌细胞caspase-3和caspase-8的表达水平[22]。Caspase-3是凋亡途径中的一个关键酶,其激活是Caspase依赖性凋亡的一个中心环节。此外,Bcl-2家族还可以调节线粒体凋亡途径,并决定线粒体是否能启动凋亡。Bcl-2是一种抗凋亡蛋白,而Bax是一种促凋亡蛋白;因此,它们构成了细胞内凋亡的关键点[20]。在此次研究中,观察到同型半胱氨酸作用下的心脏微血管内皮细胞中caspase-3活性显著升高,Bcl-2/Bax比值降低,PI3K/Akt通路下调。稳斑汤治疗组能够明显逆转同型半胱氨酸对心脏微血管内皮细胞的促凋亡作用,激活PI3K以及p-Akt表达来实现的。基于以上结果,推测稳斑汤可能通过上调PI3K/Akt途径抑制心脏微血管内皮细胞的凋亡。为了证实这一猜想,进一步使用了LY抑制PI3K/Akt通路;LY是PI3K p85的有效抑制剂,能降低磷酸化Akt(Ser473)的表达,抑制生长,诱导细胞凋亡。结果表明,PI3K抑制剂组与模型组相比,细胞凋亡率以及Bax/Bcl-2和caspase3表达差异没有显著性。这些证据均说明稳斑汤通过抑制PI3K/AKT信号通路发挥抗凋亡作用。综上所述,稳斑汤有助于缓解同型半胱氨酸诱导的心脏微血管内皮细胞损害反应,从提高存活能力,降低乳酸脱氢酶的渗漏量,抑制同型半胱氨酸引起氧化应激以及炎症因子的释放,最终减少细胞凋亡数目来体现的。其机制可能与稳斑汤抑制PI3K/AKT信号通路的活化,维持体内细胞所处的微环境稳定有关,但具体的作用机制尚需进一步研究。4 参考文献 References[1]BAO MH, XIAO Y, ZHANG QS, et al. 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