劉 楊,李曉艷,蔣學(xué)俊,陳盼盼,李 君,賀 偉
溫度敏感性水凝膠攜帶阿利吉侖對(duì)心肌梗死后大鼠左室重構(gòu)的影響
劉 楊,李曉艷*,蔣學(xué)俊,陳盼盼,李 君,賀 偉
目的 探討水凝膠攜帶腎素抑制劑阿利吉侖對(duì)心肌梗死后大鼠心室重構(gòu)的影響。方法 70只Wistar大鼠隨機(jī)分成5組:假手術(shù)組(Sham組,0只)、磷酸緩沖液組(Pbs組,15只)、磷酸緩沖液+阿利吉侖組(Pbs+a組,15只)、水凝膠組(Gel組,15只)和水凝膠+阿利吉侖組(Gel+a組,15只),后4組大鼠分別在心梗模型制作成功后,于心肌梗死區(qū)周邊注射等體積的磷酸緩沖液、含有1.5 mg阿利吉侖的磷酸緩沖液、1.5%的溫度敏感性水凝膠和含有1.5 mg阿利吉侖的1.5%溫度敏感性水凝膠;而假手術(shù)組只穿線不結(jié)扎,心肌梗死4周后,用病理切片方法統(tǒng)計(jì)心梗面積和膠原容積分?jǐn)?shù);Western blot的方法檢測(cè)心肌梗死后心肌組織中MMP-2、MMP-9、TIMP、TGF-β的蛋白含量。結(jié)果 心肌梗死4周后,56只大鼠存活,其中Sham組8只、Pbs組11只、Pbs+a組12只、Gel組12只、Gel+a組13只;Gel+a組的心梗面積和膠原容積分?jǐn)?shù)明顯低于Pbs組(P<0.01);心肌組織中MMP-2、MMP-9、TGF-β的蛋白含量明顯低于Pbs組(P<0.05);而心肌組織中TIMP的含量明顯高于Pbs組(P<0.05);Gel+a組這些作用被進(jìn)一步增強(qiáng)。結(jié)論 溫度敏感性水凝膠攜帶阿利吉侖比單純應(yīng)用水凝膠更能改善心肌梗死后大鼠的心室重構(gòu),具有協(xié)同的心肌保護(hù)作用。其可能機(jī)制是通過(guò)影響MMP-2、MMP-9、TIMP-1的活性及下調(diào)TGF-β的表達(dá)來(lái)影響膠原代謝,減少膠原的合成來(lái)改善心室重構(gòu)及心肌梗死后的心功能。
阿利吉侖;溫度敏感性水凝膠;心肌梗死;心室重構(gòu)
急性心肌梗死(Acute myocardial infarction,AMI)后腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(Renin-angiotensin-aldosterone system,RAAS)激活,RAAS激活后介導(dǎo)炎癥反應(yīng)、細(xì)胞增生、纖維化,調(diào)節(jié)活性物質(zhì)的基因表達(dá),激活多樣細(xì)胞外信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,均與心肌梗死后心臟組織修復(fù)及重構(gòu)有關(guān)[1-2]。RAAS包括全身RAAS和局部RAAS,實(shí)驗(yàn)證明抑制RAAS后能顯著改善心肌纖維化[3]。阿利吉侖最早于2007年由美國(guó)FDA批準(zhǔn)上市,其主要是通過(guò)直接抑制腎素,從而抑制血管緊張素原轉(zhuǎn)化為血管緊張素Ⅰ,來(lái)抑制RAS系統(tǒng)。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),阿利吉侖可顯著改善心肌梗死后大鼠的改善心室重構(gòu)[4-6]。
葡聚糖-聚己內(nèi)酯-甲基丙烯酸羥乙酯共聚N-異丙基丙烯酰胺[Dextran-poly(e-caprolactone)-hydroxylethyl methacrylate/poly(N-isopropylacrylamide),Dex-PCL-HEMA/PNIPAAm]水凝膠是一種人工合成的可降解的溫度敏感性生物材料。這種新型的高分子材料具有良好的生物相容性,前期試驗(yàn)證明了這種溫度敏感性水凝膠注入體內(nèi)后不具有生物毒性[7]。這種溫度敏感性水凝膠在4 ℃時(shí)為液態(tài),37 ℃時(shí)為固態(tài),因此,該水凝膠可直接注入靶組織并在溫度迅速升高的誘導(dǎo)下瞬時(shí)局部成膠[7]。利用水凝膠的局部濃度高、緩釋、無(wú)毒的特點(diǎn),可提高阿利吉侖在局部心肌組織內(nèi)的濃度。加上水凝膠本身對(duì)心肌梗死后的心室重構(gòu)有抑制作用,可增加阿利吉侖對(duì)心肌梗死后的心肌組織的保護(hù)作用。本研究證實(shí),可降解溫度敏感型Dex-PCL-HEMA/PNIPAAm水凝膠攜帶阿利吉侖注射于心肌梗死周邊區(qū),能取得更好的心臟保護(hù)作用。
1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 70只4周齡雄性大鼠,平均體重160~180 g,購(gòu)自武漢大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心,分籠飼養(yǎng)。
1.2 實(shí)驗(yàn)藥物 阿利吉侖購(gòu)自大連美侖公司,水凝膠由武漢大學(xué)高分子實(shí)驗(yàn)室提供;基質(zhì)金屬蛋白酶-2(Matrix metalloproteinases-2,MMP-2)、MMP-9、基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑TIMP-1(Tissue inhibitor metalloproteinase,TIMPs)抗體購(gòu)自santa公司;轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(Transforming growth factor-β,TGF-β)抗體購(gòu)自abcam公司;GAPDH抗體購(gòu)自杭州賢至生物有限公司。
1.3 心梗模型的建立 將70只大鼠隨機(jī)分成5組:假手術(shù)組(Sham組)、模型對(duì)照組(磷酸緩沖液組即Pbs組)、水凝膠組(Gel組)、Pbs攜帶阿利吉侖組(Pbs+a組)、溫度敏感型水凝膠攜帶阿利吉侖組(Gel+a組),各組經(jīng)腹腔注射2%的戊巴比妥鈉(20 mg/kg)麻醉后,氣管插管,正中開胸,暴露心臟后,在左前降支(LAD)近端穿線并結(jié)扎,Ⅱ?qū)?lián)出現(xiàn)ST段和(或)T波抬高或降低、結(jié)扎線以下心肌顏色變暗為結(jié)扎成功。其中假手術(shù)組只將縫線穿過(guò)冠狀動(dòng)脈不結(jié)扎,其余各組在結(jié)扎成功后,分別在梗死周邊區(qū)的4個(gè)點(diǎn)注入以下藥物,Pbs組:注射75 μL Pbs溶液;Gel組:注射濃度為1.5%的75 μL水凝膠;Pbs+a組:注射75 μL含有1.5 mg阿利吉侖的Pbs溶液;Gel+a組:注射含有1.5 mg阿利吉侖的濃度為1.5%75 μL水凝膠。術(shù)后注射3 d青霉素(50萬(wàn)IU/d)預(yù)防感染。
1.4 檢測(cè)指標(biāo)
1.4.1 注射過(guò)量戊巴比妥鈉(200 mg/kg)處死實(shí)驗(yàn)鼠,隨后取出心臟,并用肝素化生理鹽水灌洗心臟并分離左心室,每個(gè)心臟的一部分用4%多聚甲醛固定48 h,用石蠟包埋,在梗死部位垂直于長(zhǎng)軸橫向進(jìn)行心臟切片,厚度4 μm,每個(gè)樣本在不同層面取3張切片作為代表。行HE染色、改良Masson三色染色,顯微鏡下觀察梗死部位左心室的形態(tài)及水凝膠殘余情況。采用Image Pro Plus 6.0多媒體彩色病理圖像分析軟件測(cè)量梗死區(qū)面積,并計(jì)算梗死百分比。梗死百分比=梗死面積/左室總面積×100%。
應(yīng)用Image Pro Plus 6.0多媒體彩色病理圖像分析軟件系統(tǒng)拍照,通過(guò)灰度調(diào)節(jié)區(qū)分膠原和非膠原成分,Masson染色組織中藍(lán)色為陽(yáng)性膠原。并進(jìn)行分析測(cè)定,計(jì)算心肌膠原含量百分比,即膠原容積分?jǐn)?shù)(Collagen volume fraction,CVF:心肌膠原面積/所測(cè)同視野組織總面積,每張切片隨機(jī)選取10個(gè)不重復(fù)的視野,取平均值)。
大鼠處死后取心肌梗死周邊區(qū)的組織,提取組織蛋白后,采用 SDS-PAGE 電泳分析MMP-2、MMP-9、TIMP-1、TGF-β蛋白的表達(dá)。
70只大鼠用于本實(shí)驗(yàn),手術(shù)過(guò)程中死亡7只,造模成功后存活56只,其中假手術(shù)組8只,Pbs組、Gel組、Pbs+a組各存活11、12、12只,Gel+a組13只。手術(shù)前后各組間相比,大鼠體重未見明顯差異(表1)。
表1 各組大鼠體重變化(g)
2.1 心肌梗死面積分析 用Image Pro Plus 6.0多媒體彩色病理圖像分析軟件分析心肌梗死后發(fā)現(xiàn),與假手術(shù)組比較,Pbs組、Gel組、Pbs+a組、Gel+a組的心梗面積明顯增加,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);與Pbs組比較,Gel組、Gel+a組的梗死面積明顯減小,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01),提示注射Gel及Gel攜帶阿利吉侖的治療,有利于改善心肌重構(gòu),而Pbs+a組與Pbs組相比,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.72),由于藥物在體內(nèi)無(wú)法達(dá)到有效的濃度;與單純Gel組比較,Gel+a組的心梗面積明顯減小,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)(見表2、圖1)。
圖1 各實(shí)驗(yàn)組心臟大體觀
表2 各組心肌梗死大鼠梗死面積百分比(%)
注:與Sham組比較,*P<0.01;與Pbs組比較,#P<0.01;與Gel組比較,△P<0.01
2.2 膠原容積分?jǐn)?shù)分析 Masson染色后的心肌組織膠原部分為藍(lán)色,正常心肌組織顯紅色,顯微鏡下觀察,假手術(shù)組無(wú)膠原增生,心肌細(xì)胞及膠原排列整齊,其余各組均可見明顯膠原增生、斷裂,排列紊亂(圖2)。用Image Pro Plus 6.0多媒體彩色病理圖像分析軟件分析膠原容積分?jǐn)?shù)后發(fā)現(xiàn),與假手術(shù)組比較,Pbs組、Gel組、Pbs+a組、Gel+a組的CVF明顯升高,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);Gel組、Gel+a組較Pbs組CVF明顯下降,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);提示Gel及Gel攜帶阿利吉侖的治療有減少膠原沉積的作用;而Pbs+a組與Pbs比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.76),Pbs不具有緩釋的作用,所以阿利吉侖在體內(nèi)無(wú)法達(dá)到有效的藥物濃度,無(wú)法起到治療作用;與單純Gel組比較,Gel+a組的CVF下降更加明顯,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)(表3),說(shuō)明水凝膠攜帶阿利吉侖能夠更好地抑制膠原的沉積。
圖2 各實(shí)驗(yàn)組高倍鏡下膠原病理圖
表3 各組心肌梗死大鼠膠原容積分?jǐn)?shù)(%)
注:與Sham組比較,*P<0.05;與Pbs組比較,#P<0.05;與Gel組比較,△P<0.05
2.3 Western blot檢測(cè)蛋白的表達(dá) 與假手術(shù)組比較,Pbs組、Gel組、Pbs+a組、Gel+a組的 MMP-2、MMP-9、TGF-β蛋白的表達(dá)明顯升高(P<0.05),TIMP-1蛋白水平降低。與Pbs組比較,Gel組、Gel+a組的MMP-2、MMP-9、TGF-β蛋白的表達(dá)明顯降低(P<0.05),TIMP-1的表達(dá)較Pbs組明顯升高,而Pbs+a組與Pbs組相比,各蛋白表達(dá)無(wú)明顯差異(P=0.723),Gel+a組與單純Gel組比較,MMP-2、MMP-9、TGF-β蛋白的表達(dá)明顯降低,而TIMP-1蛋白的表達(dá)升高(表4、圖3、圖4)。
表4 蛋白含量統(tǒng)計(jì)表
注:與Sham組比較,*P<0.01;與Pbs組比較,#P<0.01;與Gel組比較,△P<0.05,△△P<0.01
圖3 各組蛋白含量
圖4 各組蛋白含量條形圖
心肌梗死發(fā)生以后,伴隨一系列復(fù)雜的病理生理變化,包括心肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞以及細(xì)胞外基質(zhì)的變化,梗死部位的疤痕修復(fù),心肌間質(zhì)的纖維化,導(dǎo)致左室腔的大小、厚度和形態(tài)發(fā)生改變,這些改變總稱為左室重構(gòu)(Ventricular remodeling,VR)[8]。心室重構(gòu)不但影響心肌梗死后急性期的心功能狀態(tài),而且是決定急性心肌梗死后心臟事件發(fā)生率和遠(yuǎn)期預(yù)后的主要因素[8]。 膠原是細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分,約占細(xì)胞外基質(zhì)的85%。心肌膠原網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主要功能是為心肌細(xì)胞提供支持框架,維持心室的幾何形態(tài),決定心室順應(yīng)性。間質(zhì)膠原正常情況下處于合成與降解動(dòng)態(tài)平衡,隨著年齡的增長(zhǎng),膠原合成多于降解,膠原沉積增加;在某些病理狀態(tài)下,如MI、高血壓、心肌炎、心肌病等,心肌膠原分泌增加,但膠原纖維間連接減少,而繼發(fā)心力衰竭時(shí)膠原纖維在心肌細(xì)胞間過(guò)多地累積,即發(fā)生替代性纖維化,膠原和纖連蛋白等ECM組分增加,心肌僵硬性增加,順應(yīng)性降低,收縮和舒張功能障礙[9-11]。
本研究發(fā)現(xiàn),各個(gè)實(shí)驗(yàn)組與Sham組比較,心肌梗死面積和膠原容積百分比均明顯升高,說(shuō)明各實(shí)驗(yàn)組心肌均發(fā)生了心室重構(gòu)。其中Gel組與Pbs組比較,心梗面積和膠原容積百分比均明顯減小,提示在梗死周邊區(qū)注射水凝膠可以抑制心肌梗死后心室重構(gòu),這與以前的研究結(jié)果一致[7-12]。而與單純注射水凝膠比較,注射水凝膠與阿利吉侖的混合物能進(jìn)一步降低心肌梗死面積,提示復(fù)合物對(duì)心室重構(gòu)的抑制作用更加明顯。
基質(zhì)金屬蛋白酶(Matrix metalloproteinases,MMPs)由巨噬細(xì)胞分泌,其主要作用是降解細(xì)胞外基質(zhì),目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大概有20多種,而其中與心室重構(gòu)關(guān)系密切的是MMP-2和MMP-9。Peterson等[13]研究證實(shí)了在心肌梗死大鼠心肌組織中MMP-2和MMP-9的含量和活性增高;MMP-2和MMP-9能降解膠原和基底膜成分,導(dǎo)致心肌膠原網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)。運(yùn)用慢性左心室衰竭的動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):隨著左室擴(kuò)大和功能障礙的發(fā)展,心肌MMPs的表達(dá)水平呈時(shí)間依賴性增加,同時(shí)伴有細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)和成分的改變[14-16],在心衰的代償期,MMP-2和MMP-9活性和含量降低,但隨著病情的進(jìn)展,在心衰的失代償期,MMP-2和MMP-9活性和含量呈現(xiàn)增高的趨勢(shì)。
本實(shí)驗(yàn)也證實(shí),與Sham組比較,MMP-2和MMP-9的蛋白表達(dá)升高,與既往的研究結(jié)果一致;而與Pbs組比較,干預(yù)組Gel組和Gel+a組的MMP-2和MMP-9的含量明顯降低,提示Gel及Gel+a可以抑制心梗大鼠的MMP-2和MMP-9的過(guò)表達(dá),與單純的Gel組比較,Gel+a組的MMP-2和MMP-9的含量降低更加明顯,這也提示水凝膠攜帶阿利吉侖能夠通過(guò)抑制MMP-2和MMP-9的表達(dá)來(lái)改善心肌重構(gòu)。
MMPs的內(nèi)源抑制物主要是TIMPs。MMPs的過(guò)度激活能導(dǎo)致MMPs/TIMP比例失調(diào),而MMPs/TIMP比例失衡是導(dǎo)致心室重構(gòu)和心肌纖維化的重要原因。在人體內(nèi)TIMPs主要有4種,其中TIMP-1能抑制包括MMP-2及MMP-9在內(nèi)的大多數(shù)MMPs。既往研究發(fā)現(xiàn),心衰患者的MMP-2、MMP-9明顯升高,TIMP-1則降低,膠原代謝活躍,但是給予相關(guān)的抗心衰藥物治療后,隨著MMP-2、MMP-9的相應(yīng)下降及TIMP-1的升高,心室重構(gòu)及心功能也得到改善[17-18]。
本研究中也證實(shí)了與Sham組相比,各實(shí)驗(yàn)組的TIMP-1降低,而與Pbs組比較,Gel組和Gel+a組的TIMP-1明顯升高;而Gel組和Gel+a組比較,后者心肌組織中TIMP-1含量升高更明顯,提示水凝膠攜帶阿利吉侖能通過(guò)調(diào)節(jié)MMPs/TIMP的比例平衡而改善心肌梗死后心室重構(gòu)的作用。
轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(Transforming growth factor-β,TGF-β)具有雙向的作用,一方面對(duì)心臟有保護(hù)作用;另一方面,TGF-β可以促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的增殖,提高心肌組織內(nèi)纖維粘連蛋白和膠原的表達(dá),降低Ca2+及Mg2+依賴性ATP酶的活性和表達(dá),導(dǎo)致心肌細(xì)胞的低分化和纖維組織的大量增生,因此,與心肌纖維化和心室重構(gòu)的病理過(guò)程密切相關(guān)[19-20]。
本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),在各個(gè)實(shí)驗(yàn)組,TGF-β明顯升高,這也證明了各實(shí)驗(yàn)組存在明顯的心室重構(gòu)。但與Pbs組比較,Gel組和Gel+a組的TGF-β明顯下降;Gel組與Gel+a組相比,Gel+a組的TGF-β下降更加明顯;水凝膠攜帶阿利吉侖能通過(guò)抑制TGF-β的過(guò)表達(dá)來(lái)抑制心室重構(gòu)。
目前,隨著醛固酮拮抗劑、血管緊張素Ⅱ轉(zhuǎn)換酶抑制劑、血管緊張素受體拮抗劑等藥物已廣泛應(yīng)用于臨床以改善心室重構(gòu),其局限性逐漸凸顯出來(lái)。大量的研究表明,在血管緊張素Ⅱ轉(zhuǎn)化酶抑制劑和血管緊張素受體拮抗劑應(yīng)用過(guò)程中,會(huì)出現(xiàn)血漿醛固酮水平在短期內(nèi)下降,長(zhǎng)期治療后仍然增高,即醛固酮逃逸現(xiàn)象[21]。所以現(xiàn)在很多的研究者關(guān)注RAAS系統(tǒng)的限速酶-腎素。近年來(lái)最引人注目的腎素抑制劑為阿利吉侖,其主要是通過(guò)抑制腎素,從而抑制血管緊張素原轉(zhuǎn)化為血管緊張素Ⅰ來(lái)抑制RAS系統(tǒng)。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中,阿利吉侖通過(guò)影響基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá),從而顯著改善心肌梗死后大鼠的心室重構(gòu)[4,22]。溫度敏感性水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度與心肌相似,注射后可增加心室壁厚度和增強(qiáng)室壁機(jī)械強(qiáng)度,防止梗死區(qū)擴(kuò)展、心室擴(kuò)大、室壁瘤形成,并減少矛盾運(yùn)動(dòng),從而延緩心室重構(gòu),改善心功能[23-25]。此外,Dex-PCL-HEMA/PNIPAAm水凝膠在體內(nèi)能緩慢降解,通過(guò)其緩釋作用,能延長(zhǎng)阿利吉侖的作用時(shí)間,從而能取得更好的心肌保護(hù)作用。
本實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在心臟局部注射水凝膠及阿利吉侖復(fù)合物能夠抑制膠原的生成,而其機(jī)制主要是通過(guò)抑制基質(zhì)金屬蛋白酶和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子的過(guò)表達(dá)以及上調(diào)金屬蛋白抑制劑的表達(dá)來(lái)改善心肌纖維化,從而達(dá)到抑制心室重構(gòu)的目的。
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Effects of aliskren with thermosensitive hydrogel on rat ventricular remodeling after myocardial infarction
LIU Yang,LI Xiao-yan*,JIANG Xue-jun,CHEN Pan-pan,LI Jun,HE Wei
(Department of Cardiology,Renmin Hospital of Wuhan University,Wuhan 430000,China)
Objective To investigate the effects of aliskren with thermosensitive hydrogel on rat ventricular remodeling after myocardial infarction.Methods Seventy male Wistar rats were randomly divided into five groups,Sham group(n=10),phosphate buffer solution group(Pbs group,n=15),phosphate buffer solution with aliskren group(Pbs+a group,n=15),thermosensitive hydrogel group(Gel group,n=15),thermosensitive hydrogel with aliskren group(Gel+a group,n=15),the four groups(Pbs gourp,Pbs+a gourp,Gel group,Gel+a group)were respectively injected 75 μL phosphate buffer solution,75 μL phosphate buffer solution with aliskren,75 μL thermosensitive hydrogel and 75 μL thermosensitive hydrogel with aliskren into the infarct area of rats after myocardial infarction.Four weeks later,the infarction area percentage and collagen volume fraction after separation of the heart were calculated.Protein expression of MMP-2,MMP-9,TIMP-1 and TGF-β were determined by Western blotting.Results There were 56 rats survived after myocardial infarction:Sham group,n=8;Pbs group,n=11;Pbs+a group,n=12;gel group,n=12;Gel+a group,n=13.The infarction area percentage and the collagen volume fraction was significantly lower in Gel+a group than Pbs group(P<0.01).Compared with the Pbs group,the protein expression of MMP-2,MMP-9,TGF-β were higher in Gel+a group(P<0.05),and the protein expression of TIMP was lower than Pbs group.Conclusion Aliskren with thermosensitive hydrogel can improve ventricular remodeling and cardiac function by regulating down the expression of MMP-2,MMP-9,TGF-β and regulating up TIMP-1 after myocardial infarction.
Aliskren;Thermosensitive hydrogel;Myocardial infarction;Ventricular remodeling
2014-07-23
武漢大學(xué)人民醫(yī)院,武漢 430000
國(guó)家自然科學(xué)基金(81170307)
10.14053/j.cnki.ppcr.201501005
*通信作者