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编号:10266595
肌肉介导心钠素基因转移对肾性高血压大鼠的作用
http://www.100md.com 《首都医科大学学报》 1999年第4期
     作者:秦阳军 张继峰 张晨晖 陈光慧 汤 健

    单位:北京医科大学心血管基础研究所,北京 100083

    关键词:高血压;肾性;治疗;心钠素;治疗应用;肌;基因治疗;基因转移

    北京医科大学学报990402 摘 要 目的:观察肌肉介导心钠素(atrial natriuretic factor, ANF)基因转移对肾性高血压大鼠的治疗作用。方法:利用基因克隆技术克隆和构建了高表达效率的人ANF cDNA基因真核表达质粒,应用肌肉缝线法将质粒转移到大鼠骨骼肌中。结果:ANF基因可以在骨骼肌中表达,并可释放入血,明显降低肾性高血压大鼠的血压,并产生利钠利尿效应,其作用可维持4~6周。结论:应用基因缝线进行肌肉介导的基因转移,可在肌肉内有效表达效应蛋白质,且可释放入血,产生药物治疗效果。

    中国图书资料分类法分类号 R544.1-332
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    Effects of muscle-mediated atrial natriuretic factor

    gene transfer on renal hypertensive rats

    gene transfer on renal hypertensive rats

    QIN Yang-Jun, ZHANG Ji-Feng, ZHANG Chen-Hui, CHEN Guang-Hui, TANG Jian

    (Institute of Cardiovascular Basic Research, Beijing Medical University, Beijing 100083)

    ABSTRCT Objective: To investigate the therapeutic effects of skeletal muscle-mediated atrial natriuretic factor (ANF) gene transfer on renal hypertensive rats. Methods: High efficient plasmid eukaryotic expressing vectors of ANF cDNA gene was constructed (pcD2/pAdVAntageTM/hANF). And, in vivo ANF gene delivery was performed by the method of intramuscular gene suture in renal hypertensive rats. Results: The effects of ANF gene transfer on blood pressure and renal sodium and water excretion were studied in renal hypertensive rats. That the ANF constructs produced a marked decrease of mean arterial pressure (MAP) and a significant increase of urine volume and urinary sodium excretion on hANF construct received animals due to the local expression of ANF and its secretion into plasma. These effects could sustain for 4-6 weeks. Conclusion: Intramuscular gene transfer by gene suture method permitted highly efficient gene transfer efficiency, which could manufacture and secrete significant level of protein. Therefore, it might be a promising gene therapy method for providing therapeutic protein in circulation.
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    MeSH Hypertension, renal/ther Atrial natriuretic factor/ther use Gene therapy Muscle

    Gene transfer

    心钠素(atrial natriuretic factor, ANF)是主要由心房肌细胞分泌的一种循环激素,具有强大的利钠、利尿,舒张血管和降低血压的作用[1]。大量基础及临床资料证明,静脉滴注ANF可治疗原发性和某些继发性高血压[2],但由于ANF半衰期短,人工合成或基因工程生产成本高,使ANF的临床应用受到限制。利用肌肉转基因的方法将外源基因导入动物体内,使其在肌肉中持续表达蛋白质,并分泌到血液中,可有效克服蛋白质替代治疗血浆半衰期短的缺点,具有诱人的应用前景。本实验构建高效ANF真核表达载体,通过肌肉再生和缝线法提高外源基因在肌肉内的表达效率,探讨ANF基因治疗肾性高血压的可行性。
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    1 材料与方法

    1.1 主要试剂

    雄性Wistar大鼠由北京医科大学实验动物中心提供。各种限制性内切酶、MMLV逆转录酶、T4 DNA连接酶、碱性磷酸酶、质粒载体pCI和pAdVAntageTM购自美国Promega公司。QIAEX×PCR回收纯化试剂盒购自美国QIAGEN公司。丁哌卡因、苯*****(phenylmethylsalfonyl-fluoride, PMSF)和Aprotinin购自美国Sigma公司。人ANF放射免疫分析试剂盒购自中国原子能科学研究院。兔抗人心钠素抗体购自美国Peninsula Lab, INC。

    1.2 pcD2/pAdVAntageTM/hANF的构建和鉴定

    由pcDNA3/hANF亚克隆而来,构建过程见流程图(图1),其中,pcDNA3/hANF由本室构建[3]。将质粒转化感受态大肠杆菌,经筛选获得阳性转化菌,提取其质粒DNA进行酶切鉴定。
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    图1 pcD2/pAdVAntageTM/hANF构建流程

    Figure 1 The schematic illustration

    of pcD2/pAdVAntageTM/hANF construction

    1.3 质粒的大量提取和纯化

    用大规模碱裂解法提取质粒,聚乙二醇纯化。DNA沉淀溶于去离子水中,根据260 nm、280 nm光吸收及琼脂糖凝胶电泳对DNA进行定量和定性鉴定。

    1.4 外源ANF基因表达产物的检测

    在健康雄性的Wistar大鼠股四头肌内转移200 μg的ANF表达质粒pcD2/pAdVAntageTM/ANF,7 d后切取该局部肌肉,提取肌肉组织总RNA和蛋白质,分别进行RT-PCR和Western blot实验。其中,PCR的上下游引物序列分别为5′-CCGGATCCATGAGCTCCTTCTCCACCAC-3′和5′-GGGAATTCTTATCTTCAGTACCGGAAGC-3′。
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    1.5 肾性高血压大鼠模型的制备[4]

    选用4~5周龄,体重150 g左右雄性Wistar大鼠,术前禁食18 h,自由饮水。戊巴比妥钠(ip,45 mg/kg)麻醉后,打开腹腔,暴露肾脏。分离两侧肾动脉,把外径为0.3 mm的针灸针与血管长轴并置,并用手术丝线(000号)结扎,然后拔出针灸针,结果造成双侧肾动脉狭窄。术后予以皮下补水和注射卡那霉素,约4周形成高血压,平均动脉血压可达(187±15) mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)。

    1.6 肌肉转基因方法

    大鼠形成高血压以后,利用肌肉介导的方法转移心钠素基因。在基因转移前3 d,沿肌纤维长轴方向注射丁哌卡因(0.4 ml, 50 g.L-1水溶液),以引起肌肉再生。分别将1 mg的pcD2和pcD2/pAdVAntageTM/hANF质粒DNA,制备成基因缝线,沿肌纤维长轴方向蜿蜒全部埋入标记的再生肌肉内。
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    1.7 大鼠平均动脉血压(mean arterial pressure, MAP)和尿钠尿量测定

    采用尾套法测定大鼠MAP。转基因以后第6天,用代谢笼收集大鼠24 h尿液,测定24 h尿量,并取1 ml尿液,室温6 000 r.min-1离心10 min,取上清用火焰光度计法测定尿钠含量。

    1.8 血浆的ANF水平的测定

    肾性高血压大鼠在转ANF基因第21天时,从尾静脉取血,以EDTA抗凝,分离血浆,用放射免疫分析法测定ANF水平。

    1.9 统计学处理

    实验数据以±s表示,两组间的比较采用t检验。
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    2 结果

    2.1 pcD2/pAdVAntageTM/hANF的构建和鉴定

    pcD2/pAdVAntageTM/hANF的构建过程见图1。酶切鉴定图谱(图2)显示获得预期大小的片段,证明pcD2/pAdVAntageTM/hANF构建正确。我们对pcD2/pAdVAntageTM/hANF中插入的hANF cDNA序列测定结果还表明,应用RT-PCR克隆获得的hANF cDNA与Greenberg报道的编码人hANF核苷酸序列完全一致(结果未列)。

    2.2 外源ANF基因在肌肉中的表达

    RT-PCR结果显示(图3),对照组肌肉未发现有ANF mRNA的转录,转ANF基因的肌肉则有明显的ANF mRNA的表达; Western印迹杂交的结果表明(图4),ANF真核表达质粒在肌纤维内表达生成了人ANF蛋白,存在的hANF蛋白质相对分子质量为14 000左右,可与抗ANF抗体特异结合,证明主要为hANF前体。
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    1, λDNA/Hind Ⅲ marker; 2, pcD2 XbaⅠ/KpnⅠ cut; 3, pcDNA3/ANF XbaⅠ/KpnⅠ cut; 4, pAdVAntageTM Sal Ⅰ cut; 5, pcD2/ ANF Sal I cut; 6, pcD2/pAdVAntageTM/hANF Kpn Ⅰ cut.

    图2 pcD2/pAdVAntageTM/hANF的酶切鉴定

    Figure 2 Identification of pcD2/pAdVAntageTM/hANF

    1, λDNA/Hind Ⅲ marker; 2, Water; 3, pcD2; 4, pcDNA3/hANF; 5, pcDNA3/hANF plasmid.
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    图3 缝线法转移ANF基因在肌肉中的表达(RT-PCR)

    Figure 3 Expression of foreign ANF gene

    in skeletal muscle (RT-PCR)

    2.3 转ANF基因后血浆ANF水平

    在肾性高血压大鼠,对照组血浆ANF浓度为(0.93±0.20) μg.L-1,实验组为(2.4±0.7) μg.L-1,显著高于对照组(P<0.05),说明肌肉转移hANF基因不仅在肌肉中表达ANF,还可释放入血,使血浆hANF水平升高,从而发挥利钠利尿和降低血压的作用。
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    1, α-ANF standard; 2, pcD2/pAdVAntageTM/hANF transfected;

    3, pcDNA3/hANF transfected; 4, pcD2 transfected.

    图4 缝线法转移ANF基因在肌肉中的表达(Western 印迹)

    Figure 4 Expression of ANF gene transferred by gene suture

    coated with hANF expressing plasmids (Western blot)

    2.4 肌肉转hANF基因对肾性高血压的作用
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    将肾性高血压大鼠随机分为实验组和对照组,通过再生肌肉缝线的方法分别转移pcD2/pAdVAntageTM/hANF质粒和不含ANF基因的空载质粒pcD2。结果表明,对照组血压仍呈一定的增长趋势,而实验组血压迅速下降,最大降幅可达50 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa),时间可持续4周以上(图5)。对照组动物24 h尿量和尿钠排泄量分别为(8.3±1.2) ml和(0.43±0.04) mmol,转基因以后第6天实验组动物分别为(15.0±1.7) ml和(0.62±0.07) mmol,较对照组均明显增加。

    图5 肌肉转ANF基因对肾性高血压大鼠血压的作用

    Figure 5 Effect of ANF gene transfer on MAP changes after i.m. ANF
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    gene transfer in RH (. P<0.05, .. P<0.01, n=6)

    3 讨论

    人和大鼠ANF基因的编码序列高度同源,仅在编码第十二位氨基酸的DNA序列上有差别,不同哺乳动物的ANF有相似的生物学作用。我们克隆的人ANF全长 cDNA基因可编码ANF前体分子,它在体内可去除其N端的信号肽序列,成为有126个氨基酸的γ-ANF,经进一步的酶解作用形成α-ANF,后者是血浆ANF的主要形式。本实验证明,肌肉内转移外源ANF基因,不仅可在肌肉局部表达ANF,还可释放入血,升高血浆ANF水平,使肾性高血压大鼠血压显著降低,并产生明显的利钠、利尿现象,其作用可维持30 d以上。

    肾性高血压通过不完全结扎双侧肾动脉,造成肾动脉狭窄,使肾素-血管紧张素系统活性增加(renin-angiotensin system, RAS),ANF通过增加肾小球的滤过率,增加肾髓质的血流量,改变球管平衡和抑制近曲小管和集合管对钠的重吸收,发挥强大的利钠利尿作用;此外,ANF拮抗去甲肾上腺素、血管紧张素、5-羟色胺和组胺引起的缩血管效应,减少静脉血流量和降低心脏前负荷,使血压降低。
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    与直接注射ANF蛋白质替代治疗相比,ANF基因治疗有明显的优势。静脉注射ANF不仅半衰期短(仅为2.5 min),而且注射后血中浓度波动大,高浓度ANF可引起受体敏感性下降,所以连续几次用药以后,ANF降压效果消失,影响ANF的临床应用;而肌肉转ANF基因,在体内可持续表达ANF,并可释放入血,尽管血浆ANF升高幅度并不显著,但却可持续降低血压,并产生利钠利尿的效果。最近,有人比较了静脉注射Leptin重组蛋白与肌肉转移Leptin基因对肥胖鼠的影响,发现尽管转基因组血浆Leptin水平较静脉注射组低10~20倍,但其减肥效果明显优于静脉注射组。因此,应用ANF基因治疗高血压可能是一种更经济和有效的治疗模式[5-6]。质粒肌肉转移作为一种简单、安全和有效的基因转移系统,为长期持续补充和增加循环蛋白质治疗疾病开辟了一个新的有效途径。

    参考文献

    1 Puyo AM, Vega GW, de Iraldi PA, et al. Atrial natriuretic factor in two kidney two clip renovascular hypertension in the rat. Medicina (B Aires) 1998,58(2):165-170
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    2 Otero ML, Martell N, Aubele AL, et al. Volume overload, atrial natriuretic peptide, and left ventricular hypertrophy. Adv Exp Med Biol, 1997,432:103-109

    3 秦阳君,张继峰,丁金凤,等.肌肉转心钠素基因对L-NNA高血压大鼠的作用. 高科技通讯,1998,8(2): 45-47

    4 王 青,樊雪萍,陈 忠,等.肾神经传入纤维在2c2k Goldblatt高血压中的作用. 生理学报, 1995, 47:366-372

    5 Lin KF, Chao J, Chao L, et al. Atrial natriuretic peptide gene delivery reduces stroke-induced mortality rate in Dahl salt-sensitive rats. Hypertension, 1999,33(1 Pt 2):219-224

    6 Nuglozeh E, Mbikay M, Stewart DJ, et al. Gene expression of natriuretic peptide receptors in rats with DOCA-salt hypertension. Am J Physiol, 1997,273(4 Pt 1):C1427-1434

    (1998-06-17收稿), http://www.100md.com