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编号:10214337
细胞周期蛋白D1基因表达在心肌肥大形成中的时相性变化
http://www.100md.com 《第二军医大学学报》 1999年第12期
     作者:金 海 朱家麟 张宝仁 黄盛东 陆方林

    单位:第二军大学长海医院胸心外科,上海,200433

    关键词:心肌肥大;细胞周期蛋白类;印迹法;RNA

    第二军医大学学报991208 摘要 目的:观察心肌肥大形成过程中细胞周期蛋白D1(cyclin D1)基因表达的时相性变化,并探讨cyclin D1在心肌肥大形成中的作用。 方法:采用腹主动脉缩窄法建立大鼠心肌肥大模型,设缩窄手术组及假手术对照组,观察两组大鼠手术后不同时间心脏左心室(含左心室游离壁与室间隔)质量与体质量比、左心室游离壁厚度及心肌细胞横径的变化,以确证模型的稳定建立;其后应用RNA印迹法 分析检测cyclin D1基因表达的变化。结果:手术后2周时两组大鼠的心脏左心室质量与体质量比、左心室游离壁厚度以及心肌细胞横径均无显著差别,而缩窄手术组cyclin D1基因mRNA表达显著高于对照组(P<0.05);4周时缩窄组大鼠上述3项病理学检测指标及cyclin D1 基因mRNA表达均高于对照组(P<0.05)。结论:在心肌肥大形成过程中cyclin D1基因mRNA表达增加,且早于病理变化出现,提示cyclin D1可能参与了心肌肥大的形成。
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    中图分类号 R 542.2 文章编号:0258-879X(1999)12-0959-03 文献标识码:A

    Expression of cyclin D1 gene during the development of myocardial hypertrophy

    Jin Hai, Zhu Jialin, Zhang Baoren, Huang Shengdong, Lu Fanglin (Department of Cardiothoracic Surgery, Changhai Hospital, Second Military Medical University, Shanghai, 200433)

    ABSTRACT Objective: To observe the expression of cyclin D1 gene during the development of myocardial hypertrophy and investigate the effect of cyclin D1 on formation of myocardial hypertrophy. Methods: The experimental myocardial hypertrophy rat model was constructed through abdominal aortic banding, and was proved to be efficient by pathologic detection including ratio of left ventricular(LV) mass/body weight, thickness of LV disassociated wall and myocytes width in stenosis and control groups. The mRNA level of cyclin D1 of rat myocardium was analyzed by Northern blotting. Results: There was significant increase of LV mass/body weight, thickness of LV disassociated wall and myocytes width in stenosis group 4 but not 2 weeks after constriction (P<0.05). Cyclin D1 mRNA level increased greatly in stenosis group both 2 and 4 weeks after constriction(P<0.05). Conclusion: Cylin D1 mRNA level increased significantly during the development of myocardial hypertrophy before pathologic change suggest the possible role of cyclin D1 in the formation of myocardial hypertrophy.
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    KEY WORDS myocardial hypertrophy; cyclins;Northern blotting

    [Acad J Sec Mil Med Univ, 1999, 20(12): 959~961]

    心肌肥大是心肌细胞为适应外界急、慢性负荷增加的变化,细胞代谢发生相应的改变而致体积增大的生长过程,同时伴有间质细胞的增生和肥大,是在各种因素作用下心肌细胞一系列基因异常表达的结果[1,2]。细胞周期蛋白D1(cyclin D1)是促细胞增殖的细胞周期正调节因子。有实验表明,cyclin D1基因的过度表达可以导致心肌细胞出现类似心肌肥大的表现,如细胞横径增加、细胞核仁增加等[3],但cyclin D1在心肌肥大形成中的作用目前尚无报道。本实验采用腹主动脉缩窄法建立大鼠左心室压力负荷性心肌肥大模型, 同时应用分子生物学实验方法, 观察 cyclin D1 基因在肥大心肌中表达的时相性变化, 并初步探讨了其作用机制。 现报道如下。
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    1 材料和方法

    1.1 实验动物和分组 实验动物均为雄性SD大鼠,体质量250~300 g,购自上海西普尔-必凯有限公司。20只大鼠随机分为两组:假手术对照组和缩窄手术组,每组10只,编号分笼饲养。

    1.2 主要试剂和仪器 cyclin D1 质粒(美国马塞诸塞州综合医院Andrew Arnold 博士惠赠),谷胱甘肽脱氢酶(GAPDH)的cDNA探针(中科院细胞研究所吴炳义博士后惠赠),地高辛RNA探针标记试剂盒(德国宝灵曼公司),异硫氰酸胍(Amresco公司),低温高速离心机(德国Heraeus公司),Vacu Blot真空转印仪(Biometra公司),Mini-Sub电泳槽(Bio-Rad公司),Compact Line-Hybridization OV4杂交炉(Biometra公司),UVP计算机图像分析系统(美国UVP公司)。

    1.3 手术方法 缩窄手术组行腹主动脉缩窄术[4]:大鼠经0.5%戊巴比妥钠20 mg/kg腹腔麻醉;取腹正中切口,游离膈肌下肾动脉以上的腹主动脉,沿腹主动脉长轴放置小圆棒,以1号线绕腹主动脉与小圆棒结扎,再抽出小圆棒,使腹主动脉残留0.6 cm残腔。对照组行假手术,即不用线结扎,余步骤均同手术组。
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    1.4 标本收集和病理学检查 各组1~5号大鼠在术后2周末,6~10号大鼠在术后4周末分别以戊巴比妥钠过量麻醉后处死,称大鼠体质量。取心脏称量后,剪去左右心房和右心室游离壁,测量左心室游离壁厚度。将左心室游离壁与室间隔称量后分为两部分,一部分用10%中性甲醛固定,乙醇、二甲苯梯度脱水,石蜡包埋,连续切片,片厚6~8 μm,苏木精-伊红(HE)染色,显微镜观察,测量心肌细胞横径(经核部位)。另一部分用于RNA印迹法检测。

    1.5 RNA印迹法检测 (1)异硫氰酸胍一步法提取左心室心肌总RNA,利用紫外分光光度计和TAE胶鉴定RNA纯度和完整性;(2)RNA甲醛变性胶电泳;(3)变性的RNA转至尼龙膜上;(4)预杂交;(5)杂交:加入热变性的地高辛标记cyclin D1 cDNA探针至终质量浓度25 μg/ml,50℃杂交过夜;(6)洗膜与显色;(7)去色;(8)去探针;(9)用同一样品的GAPDH探针杂交信号值做校正;(10)计算机图像分析:用计算机图像分析仪扫描分析显色图像,将各组杂交信号做面积和灰度测定,mRNA密度扫描值=(cyclin D1杂交信号面积×cyclin D1杂交信号灰度值)/(GAPDH杂交信号面积×GAPDH杂交信号灰度值)。
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    1.6 统计学处理 所有数据用±s表示,采用t检验,P<0.05为显著性界限。

    2 结果

    2.1 大鼠心脏质量改变 手术后2周时,对照组与缩窄手术组相比,全心质量、左心室(含室间隔)质量以及左心室质量/体质量比均无显著性差异;4周时,缩窄手术组的上述指标均明显高于对照组(P<0.05,表1)。

    表1 两组大鼠心脏质量、左心室游离壁厚度及心肌细胞横径等指标的比较

    Tab 1 Comparison of rat heart mass, left ventricle (LV) mass, ratio of LV mass/body mass
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    thickness of LV disassociated wall and myocytes width in two groups

    (±s) Group

    BM

    (m/g)

    Heart mass

    (m/mg)

    LV mass

    (m/mg)

    LV mass/BM
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    Thickness of

    LV wall(l/μm)

    Myocytes width

    (l/μm)

    Control 2 week(n=5)

    306±10

    1 506± 58

    1 049± 68

    3.42±0.14

    1.68±0.19

    9.58±1.57
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    4 week(n=4)

    361±14

    1 935± 55

    1 089±150

    3.03±0.46

    1.61±0.22

    10.62±2.95

    Stenosis 2 week(n=5)

    300±11

    1 591± 86

    1 090± 67

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    1.94±0.29

    11.01±1.33

    4 week (n=5)

    354±10

    2 140±166

    1 657±197*

    4.68±0.61**

    3.16±0.39**

    17.41±4.78**

    LV: Left ventricle; BM: Body mass; *P<0.05,** P<0.01 vs control group; The 8th rat in stenosis operation group died 3 weeks after operation
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    2.2 常规病理学改变 术后2周,对照组左心室游离壁厚度和心肌细胞横径与缩窄手术组相比均无显著性差异(P>0.05);术后4周,缩窄手术组上述指标均较对照组明显增加(P<0.05,表1)。

    2.3 cyclin D1 基因mRNA的表达 缩窄手术组cyclin D1基因mRNA的表达在术后2周(0.41±0.08 )及4周(0.44±0.09 )时,均较对照组(0.33±0.11,0.29±0.10)明显增加(P<0.05,图1)。

    图1 缩窄手术后大鼠心肌组织中cyclin D1

    mRNA 的表达(RNA 印迹法)

    Fig 1 Expression of cyclin D1 mRNA in rat′s myocardial
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    tissue after stenosis operation (Northern blotting)

    A:Stenosis operation group;B:Control group

    3 讨论

    心肌是由心肌细胞和非心肌细胞成分(细胞间质)构成,心肌肥大的形成,不是心肌细胞的数量增加而是心肌细胞体积增大[5]。其形成机制如下:心脏机械性超负荷→心肌机械性伸长→磷酸肌醇线路→细胞内信使(Ca2+)→基因表达短时性改变(原癌基因)、基因表达永久性改变→心肌肥大[6]。cyclin D1是G1期细胞增殖信号的关键蛋白,目前认为它是细胞增殖过程中意义最大的细胞周期蛋白。有的作者甚至将此蛋白视为一种癌基因或原癌基因表达产物,有实验显示其过度表达可导致细胞增殖失控,最终形成肿瘤[7]。目前对与cyclin D1基因密切相关的 c-fos、c-myc、c-jun等原癌基因在心肌肥大的形成中起着重要作用已成共识[8,9],但关于cyclin D1是否参与了心肌肥大的形成尚无定论。1997年Soonpaa等[3]报道:cyclin D1的过度表达可以导致心肌细胞出现类似心肌肥大的表现,如细胞横径增加、细胞核仁增加等。但有关心肌肥大时细胞周期蛋白基因的表达情况,尤其是影响G1期的cyclin D1基因的表达有无变化国内外尚无报道。本实验研究结果显示:大鼠心肌在缩窄术后2周,病理学上尚未见明显心肌肥大表现时,cyclin D1基因的mRNA表达水平即有明显增高;缩窄术后4周, 病理证实出现心肌肥大后,cyclin D1基因的mRNA表达仍较高,提示cyclin D1可能参与了心肌肥大的形成。我们知道:在可增殖细胞中,c-fos、c-myc等原癌基因是通过影响cyclin D1与细胞周期蛋白相关激酶(CDK)的结合而调控细胞的增殖、分化的[10];而本实验结果显示,在心肌肥大时cyclin D1的表达明显增加。因此,当心肌受到刺激时,c-fos、c-myc等原癌基因亦有可能是通过影响心肌细胞的cyclin D1表达来发挥作用,从而导致心肌肥大的。
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    作者简介:金海,男,1966年11月生,博士

    参考文献

    1 黄宁生.分子心脏病学.见:陈国伟, 郑宗锷 主编. 现代心脏内科学[M]. 长沙:湖南科学技术出版社,1994.1305~1307

    2 董承琅,陈万春. 充血性心力衰竭. 见:董承琅, 陶寿淇, 陈灏珠 主编. 实用心脏病学[M].(第3版). 上海:上海科学技术出版社,1993. 498~499

    3 Soonpaa MH, Koh GY, Pajak L,et al. Cyclin D1 overexpression promotes cardiomyocyte DNA synthesis and multinucleation in transgenic mice[J]. Clin Invest,1997,99(11):2644
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    4 Anversa P, Hagopian M, Loud AV. Quantitative radioautographic localization of protein synthesis in experimental cardiac hypertrophy[J]. Lab Invest,1973, 29(3):282

    5 Swynghedauw B. Developmental and functional adaptation of contractile proteins in cardiac and skeletal muscles[J]. Physiol Rev,1986,66(3):710

    6 Chevalier B,Callensel - Amrani F,Heymes C, et al. Molecular basis of regression of cardiac hypertrophy[J]. Am J Cardiol, 1994,73(10):10C
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    7 Kiyokawa H, Kineman RD, Manova-Todorova KO, et al. Enhanced growth of mice lacking the cyclin-dependent kinase inhibitor function of p27(Kip1)[J]. Cell, 1996,85(5):721

    8 Izumo S, Nadal-Ginard B, Mahdavi V. Protooncogene induction and reprogramming of cardiac gene expression produced by pressure overload[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 1988,85(2):339

    9 Yamazaki T, Komuro I, Kudoh S, et al. Angiotensin Ⅱ partly mediates mechanical stress-induced cardiac hypertrophy[J]. Cir Res, 1995,77(2):258

    10 Peter M, Herskowitz I. Joining the complex: cyclin-dependent kinase inhibitory proteins and the cell cycle[J]. Cell, 1994,79(2):181

    (1999-05-11收稿,1999-11-09修回), http://www.100md.com