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编号:10275164
缺血再灌注心肌细胞凋亡及药物干预
http://www.100md.com 《中国新药杂志》 2000年第1期
     作者:常志文 刘琦

    单位:常志文(首都医科大学附属同仁医院,北京 100730);刘琦(首都医科大学附属同仁医院,北京 100730)

    关键词:缺血再灌注;细胞凋亡;Bcl-2;Bax;维拉帕米;葛根素

    缺血再灌注心肌细胞凋亡及药物干预

    摘 要:目的:研究葛根素和维拉帕米对大鼠缺血再灌注心肌细胞凋亡的影响。方法:对56只成年Wistar雄性大鼠建立冠状动脉左前降支(LAD)缺血再灌注模型, 其中32只大鼠在缺血前及再灌注前给予维拉帕米和葛根素进行干预治疗,观察大鼠缺血再灌注心肌细胞凋亡及相关基因Bcl-2和Bax的表达情况以及维拉帕米和葛根素对其影响。采用末端标记法(TUNEL)进行细胞凋亡检测;应用免疫组化的方法检测Bcl-2和Bax的表达。结果:假手术组及单纯缺血组凋亡细胞无明显增多,而缺血再灌注组凋亡细胞明显增多(P<0.001);在缺血前及再灌注前给予维拉帕米治疗均可减少细胞凋亡的数量(P<0.001);在再灌注前给予葛根素治疗也可减少因再灌注引起的细胞凋亡(P=0.003)。Bcl-2和Bax的表达在单纯缺血组、再灌注组以及药物治疗组均增加。结论:在缺血再灌注后可见心肌细胞凋亡发生, 再灌注可加速细胞凋亡的发生;维拉帕米和葛根素可抑制心肌细胞凋亡;Bcl-2和Bax在受到缺血刺激后表达增加。
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    APOPTOSIS OF CARDIAC MYOCYTES IN ISCHEMIC AND

    REPERFUSED RATS AND THE INTERFERENCE OF DRUG

    Chang Zhiwen,Liu Qi

    (Tongren Hospital,Capital University of Medical Sciences,Beijing 100730)

    ABSTRACT:OBJECTIVE:To study the effects of verapamil and purarin on apoptosis of cardiac myocytes in ischemic and reperfused rats. METHODS:Ischemic and reperfused model of 56 male adult rats was established by LAD-occlusion, among them 32 rats were pre-treated with verapamil and puer arin. Then apoptosis of cardiac myocytes, Bcl-2 and Bax related genes and influ ence of verapamil and puerarin were observed. Apoptotic myocytes were detected with TUNEL; Bcl-2 and Bax were detected with immunhisochemistry. RESULTS:Apoptotic myocytes were not increased in ischemia-only group but significantly increased in ischemic and reperfused group (P<0.001); the am ount of apoptotic myocytes may be reduced by treatment with verapamil before ischemia or before reperfusion (P<0.001) and may also be reduced by treatment with pue rarin before reperfusion (P<0.003). The expression of Bcl-2 and Bax were in creas ed in ischemic, reperfused, and pretreatment groups. CONCLUSION:Apoptos is of cardiac myocytes were observed after ischemic and reperfusion. The process can be accelerated by perfusion and inhibited by pre-treatment with verapamil or puerarin. The expression of Bcl-2 and Bax were increased by ischemic stimulat ion.
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    KEY WORDS:Ischemia and reperfusion; Apoptosis;Bcl-2; Bax; Verapamil; Puerarin ▲

    近年来心血管疾病已成为威胁人类生命的主要原因,而心肌梗死的发病率亦呈上升趋势。众所周知,早期溶栓治疗是心肌梗死较为理想的治疗手段,它可以挽救缺血的心肌细胞,减少梗死面积,提高心脏功能[1]。但溶栓造成再灌注损伤也愈来愈引起临床医务工作者的关注。本实验利用大鼠缺血-再灌注模型来模拟人类心梗后的溶栓过程进行观察,以了解再灌注损伤与心肌细胞凋亡的关系,并加用维拉帕米和葛根素进行干预,以观察药物在再灌注损伤中的作用,试图寻找通过抑制凋亡来挽救心肌的治疗策略。

    材料和方法

    1 实验动物

    纯系Wistar雄性大鼠, 体重200~250g, 购自首都医科大学动物实验室, 普通喂养,自由进食。
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    2 方法

    2.1 缺血再灌注模型建立及分组 建立大鼠冠状动脉左前降支(LAD)缺血再灌注模型。于大鼠腹腔内注射2%戊巴比妥钠(45mg/kg体重), 麻醉后行气管切开术, 并给予人工机械通气(啮齿类动物呼吸机,江苏医疗器械厂DH-140型; 潮气量为5ml/次, 呼吸频率为55次/min,吸入室内空气); 于胸骨左缘切开肋骨后暴露心脏,在LAD下挂线以备可逆性结扎;分离左侧颈内静脉, 以备注药。随机分为7组:假手术组、单纯缺血组、缺血再灌注组、维拉帕米治疗A及B 组(维拉帕米为德国基诺大药厂生产)、葛根素治疗A及B组(葛根素为广东燕塘生物药业有限公司生产),每组8只。

    假手术组:将大鼠行上述处理后,不结扎LAD, 270min后结束实验。单纯缺血组: 结扎LAD30 min后结束。缺血再灌注组: 结扎LAD30min再灌注240min后结束。以上3组分别于左侧颈内静脉注射相应量的生理盐水作为对照。
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    维拉帕米治疗A组: 结扎LAD前5min于颈内静脉缓慢注射维拉帕米(1mg/kg), 结扎LAD30m in后再灌注240min结束。维拉帕米治疗B组:结扎LAD25min后于颈内静脉缓慢注射维拉帕米, 5min后,即结扎LAD30min后,再灌注240min后结束。葛根素治疗A及B组具体同上, 葛根素用量为100mg/kg体重。

    实验结束后迅速分离心脏,置于10%的中性福尔马林中4℃固定24h,常规脱水,石蜡包埋 ,分别行HE染色、Bcl-2和Bax免疫组化及末端标记(TUNEL法)染色。

    2.2 实验试剂 细胞凋亡检测选用末端标记TUNEL法, TUN EL试剂盒购自美国Boehringer Mannheim公司; Bcl-2和Bax检测应用免疫组化的方法, Bcl-2鼠抗人单克隆抗体、Bax兔IgG多抗、生物素化山羊(IgF-Bio)二抗及辣根酶标记链霉素(S-A/HRP)等试剂购自美国Zymed 公司。
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    2.3 评定方法 细胞核呈棕色的细胞即为凋亡细胞。选取相应部位,细胞计数在200倍高倍视野下,用标准的10×10目镜栏珊计数,共计数10个视野; 结果以阳性细胞数占细胞总数的平均百分比表示。

    3 统计学方法

    本研究所有数据均用SPSS软件进行统计学处理。数据以均数±标准差表示,组间差异比较采用t检验。

    结 果

    1 HE染色

    心肌纤维形态正常,未见明显坏死表现,细胞核完整,假手术组及单纯缺血组未见有炎性细胞浸润,而其他各组均可见到有炎性细胞浸润。

    2 末端标记染色(TUNEL法)

    假手术组及单纯缺血组仅见极少量凋亡细胞,两组间无显著性差异(P= 0.274)。缺血30min后再灌注4h,缺血的左室壁可见较多凋亡细胞,较前两组明显增多(P<0 .001); 维拉帕米治疗A和B组,左心室壁可见散在凋亡细胞,较缺血再灌注明显减少( P<0.001),A组和B组间无差异(P=0.123)。葛根素治疗A组左室壁仍可见到较多凋亡细胞,较再灌注组无差异(P=0.860);葛根素治疗B组左室壁的凋亡细胞较A组明显减少(P=0.003)。各组细胞凋亡情况见表1。
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    表1 凋亡细胞在缺血再灌注及药物治疗组中的分布

    假手术组

    缺血组

    再灌注组

    维拉帕米治疗组

    葛根素治疗组

    A组

    B组

    A组

    B组

    均 数

    0.24

    0.38
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    26.61

    13.03

    11.04

    26.05

    15.14

    标准差

    0.21

    0.28

    7.36

    2.85

    1.82

    4.93

    3.68
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    标准误

    0.07

    0.10

    2.60

    1.01

    0.64

    1.74

    1.30

    3 Bcl-2在各实验组中的表达

    假手术组的心肌组织中未见有Bcl-2的表达; 而缺血组、缺血再灌注组、维拉帕米治疗组和葛根素治疗组的心肌标本中均见有Bcl-2表达增加。

    4 Bax在各实验组中的表达
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    假手术组的心肌组织中有2例弱表达(2/8); 其他各组均可见表达增加, 见表2。 表2 Bcl-2和Bax在缺血再灌注组及药物治疗组中的表达 (%)

    假手术组

    缺血组

    再灌注组

    维拉帕米A

    维拉帕米B

    葛根素A

    葛根素B

    Bcl-2表达

    0

    87.5
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    100

    87.5

    87.5

    87.5

    100

    Bax表达

    25

    87.5

    100

    100

    87.5

    87.5

    87.5
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    讨 论

    长时间缺血可造成组织损伤和细胞死亡。早期的再灌注可挽救缺血组织,但仍能造成细胞继续死亡。这种再灌注给组织带来的负性影响被称为再灌注损伤[2]。本实验与国外报道[3,4]相一致, 于大鼠短暂缺血30min后进行观察,未见凋亡细胞数量增多。而再灌注240min 于缺血的左室壁发现有大量的心肌细胞凋亡出现, 证实存在再灌注心肌细胞的损伤, 且在短暂缺血后再灌注心肌细胞死亡主要为细胞凋亡,提示心肌细胞凋亡是心肌再灌注损伤特征之一, 可能与再灌注心肌迟发性死亡密切相关。

    细胞内游离钙离子是信号传递途径之一,在多种细胞发生凋亡前都有细胞内游离钙离子浓度的持续升高, 提示Ca2+的变化可能与细胞凋亡的启动有一定关系[5]。许多研究表明, 维拉帕米可减慢心率, 抗心律失常,增加冠脉流量,改善心肌供氧和减小心梗面积的作用[6]。本实验发现缺血前和再灌注前给药均可抑制细胞凋亡,推测维拉帕米减小心梗面积是通过阻止Ca2+内流而抑制了细胞凋亡。
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    葛根素是传统中药, 可对缺血心脏冠状血管有明显扩张作用,促进心肌侧枝循环的建立,改善心肌血流分布, 减轻因缺血再灌注引起的细胞结构的改变[7]。但葛根素对细胞凋亡的作用目前尚未见文献报道。本实验在再灌注前给药,可明显减少再灌注引起的细胞凋亡,并证明葛根素对心肌缺血的保护点在再灌注期,这将葛根素的研究提高到分子生物学水平。

    Bcl-2是公认的抑制细胞凋亡的原癌基因。本实验中,假手术组的心肌细胞几乎看不到有Bcl-2的表达,缺血30min后,Bcl-2的表达即增高,这时的心肌细胞尚未发生凋亡。但当再灌注时, 细胞所受的刺激量增大,虽然Bcl-2仍有表达,却有细胞凋亡发生。Bax与Bcl -2同处Bcl-2家族,作用相反,Bax可通过与Bcl-2形成异源二聚体来抑制Bcl-2的作用,因此二者间的比例较绝对量对于细胞的影响更重要[8]

    葛根素对心肌细胞凋亡的抑制作用的研究说明祖国医学在心血管系统中应用具有广泛的前景, 这对今后运用中西医结合来治疗心血管疾病提供了实验依据和理论依据。
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    参考文献:

    [1]Anderson JL, Marshall HW, Bray BE, et al. A randomized trial of intraconary streptokinase in the treatment of acute myocardium infaraction. N Engl J Med, 1983,308(22)∶1312

    [2]Robert AK. Does reperfusion injury exist in humans? J Am Coll Ca rdiol, 1993,21∶537

    [3]Gottlieb RA, Burleson KO, Kloner RA,et al. Reperfusion injury induces apoptosis in rabbit cardiomyocytes. J Clin Invest, 1994,94(4)∶1621
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    [4]Fliss H, Gattinger D. Apoptosis in ischemic and reperfused ratmyo cardium. Circ Res, 1996,79(5)∶949

    [5]Giannakis C, Forbers IJ, Zalewski PD, et al. Ca2+/Mg-dependent nuclease:tissue distribution,reationship to internucleosomal DNA fragmentation and inhibition by Zn. Biochem Biophys Res Commun,1991,181(2)∶915

    [6]Robert AK,Eugene B. Effect of calcium antogonists on infarcting my ocardium. Am J Cardial, 1987,59∶84B
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    [7]Fan Lili, Sun Li-hong,Li Juan, et al. The protective eff ect of puerarin against myocardiol reperfusion injury-study on cardiac function. Chinese Med J,1992,105(1)∶11

    [8]Olitvai ZN, Milliman CL ,Korsmeyer SJ. Bcl-2 hetermodimerizes in vivo with a conserved homolog, Bax, that accelerate programmed cell dea th. Cell, 1993,74(4)∶609

    收稿日期:1999-06-12

    修稿日期:1999-11-16, 百拇医药