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二十二碳六烯酸對心房顫動大鼠心房肌生理改變及雙孔鉀通道TASK-1蛋白表達(dá)的影響*

2016-09-01 01:59:51侯秀杰
關(guān)鍵詞:肌細(xì)胞動作電位混合液

葛 敏,單 鋒,2,唐 碧,侯秀杰

(1.蚌埠醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)系,安徽 蚌埠 233030;2.合肥市第四人民醫(yī)院 藥劑科,安徽 合肥 230022;3.蚌埠醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院 心血管科,安徽 蚌埠 233004;4.阜陽市第一人民醫(yī)院心血管科,安徽 阜陽 236000)

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二十二碳六烯酸對心房顫動大鼠心房肌生理改變及雙孔鉀通道TASK-1蛋白表達(dá)的影響*

葛敏1,單鋒1,2,唐碧3△,侯秀杰4

(1.蚌埠醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)系,安徽 蚌埠 233030;2.合肥市第四人民醫(yī)院 藥劑科,安徽 合肥 230022;3.蚌埠醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院 心血管科,安徽 蚌埠 233004;4.阜陽市第一人民醫(yī)院心血管科,安徽 阜陽 236000)

目的:探討二十二碳六烯酸(DHA)對大鼠心房顫動(AF)模型心房肌生理特性的影響及相關(guān)機制研究。方法:80只乙酰膽堿-氯化鈣混合液敏感的SD大鼠分為對照組(CTL組)、DHA處理組(DHA組)、房顫組(AF組)和房顫+DHA處理組(DHA+AF組),觀察房顫持續(xù)時間;采用全細(xì)胞膜片鉗技術(shù)記錄大鼠心房肌細(xì)胞動作電位時程(APD)和雙孔鉀通道TASK-1電流,Western blot測定大鼠心房組織TASK-1蛋白表達(dá)。結(jié)果:大鼠尾靜脈注射乙酰膽堿-氯化鈣混合液后,房顫持續(xù)時間隨實驗天數(shù)增加而逐漸延長,DHA干預(yù)縮短房顫持續(xù)時間。與CTL組相比,AF組大鼠心房肌細(xì)胞復(fù)極50%時的動作電位時程(APD50)和復(fù)極90%時的動作電位時程(APD90)明顯縮短,心房肌細(xì)胞TASK-1電流密度升高,蛋白表達(dá)升高(P<0.05)。與AF組相比,DHA+AF組大鼠心房肌細(xì)胞APD50和APD90明顯延長,TASK-1電流密度和蛋白表達(dá)降低(P<0.05)。結(jié)論:DHA具有延長房顫大鼠心房肌細(xì)胞APD的作用,可能與其下調(diào)心房肌TASK-1蛋白的表達(dá)從而降低心房肌細(xì)胞TASK-1電流密度有關(guān)。

心房顫動;二十二碳六烯酸;心房電重構(gòu);TASK-1;大鼠

心房顫動(atrial fibrillation,AF)簡稱房顫,是指規(guī)則有序的心房電活動喪失,代之以快速無序的顫動波,是臨床上最常見的心律失常之一,預(yù)計未來二三十年內(nèi)房顫患者數(shù)量將增至2~3倍[1]。房顫時,心房電重構(gòu)可引起空間不均一性增高以及心房內(nèi)折返波長縮短,導(dǎo)致房顫的發(fā)作頻率增加、持續(xù)時間延長,使得房顫更容易導(dǎo)致房顫,即“房顫致房顫”,為房顫的發(fā)生和發(fā)展提供了病理生理基礎(chǔ)。跨膜離子通道電流的改變是引起心房電重構(gòu)的基礎(chǔ)。TASK-1通道(TWIK-related acid-sensitive K+channels-1)是近年來新發(fā)現(xiàn)的一種雙孔鉀通道,在決定動作電位時程(action potential duration,APD)上起到重要的作用[2-4]。新近研究提示TASK-1可能在房顫時發(fā)生了重構(gòu),并參與了心房電重構(gòu)[5]。二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid,DHA)是一種ω-3類長鏈多不飽和脂肪酸,是魚油萃取物的主要成分。ω-3類長鏈多不飽和脂肪酸可以延長心房有效不應(yīng)期,對心房電重構(gòu)具有改善作用[6]。本實驗室前期研究發(fā)現(xiàn),DHA可以調(diào)控人肺血管平滑肌細(xì)胞上的TASK-1,其對心房肌細(xì)胞上的TASK-1是否具有調(diào)控作用尚不清楚。本實驗擬觀察DHA對房顫大鼠心房肌生理指標(biāo)的影響,并探討該作用是否與其對TASK-1的調(diào)控有關(guān)。

1 材料與方法

1.1實驗動物與試劑

雄性SD大鼠,體質(zhì)量250~300 g,購自中國人民解放軍南京軍區(qū)醫(yī)學(xué)動物實驗中心(合格證號:SCXK(軍)2007-012);多克隆山羊抗TASK-1抗體購自Santa Cruz公司;兔抗山羊IgG多克隆二抗購自武漢博士德公司;氯化乙酰膽堿、二十二碳六烯酸(DHA)、I型膠原酶、XXIV蛋白酶、EGTA、K2ATP、Na2GTP、4-aminopyridine、glibenclamide、nifedipine、E-4031、HMR1556及HEPES購自sigma公司;其余試劑為國產(chǎn)分析純級的試劑。

1.2大鼠房顫模型的制備與分組

1.2.1大鼠房顫模型制備取健康雄性SD大鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后,參照文獻(xiàn)[7],篩選出對66 μg/ml乙酰膽堿-50 mg/ml氯化鈣混合液敏感的大鼠80只。造模大鼠尾靜脈注射乙酰膽堿-氯化鈣混合液,每天給藥1次,連續(xù)3 d,分析實驗1~3 d所得心電圖,以大鼠每天尾靜脈注射乙酰膽堿-氯化鈣混合液后可誘發(fā)出典型房顫心電圖確定為大鼠房顫模型制備成功。

1.2.2分組給藥將篩選出的大鼠分為對照組(CTL組)、DHA處理組(DHA組)、房顫組(AF組)和房顫DHA處理組(DHA+AF組),每組20只。制備大鼠房顫模型后,實驗第4天開始分組給藥,CTL組給予生理鹽水,DHA組給予10 mg/ml DHA溶液,AF組大鼠給予生理鹽水,1 h后再給予66 μg/ml乙酰膽堿-50 mg/ml氯化鈣混合液;DHA+AF組大鼠首先靜脈注射生理鹽水,1 h后給予66 μg/ml乙酰膽堿-50 mg/ml氯化鈣混合液,然后給予10 mg/ml DHA溶液,每天給藥1次,連續(xù)14 d。

1.3房顫持續(xù)時間測定

實驗第3、4、10、17天,記錄大鼠尾靜脈注射乙酰膽堿-氯化鈣混合液前后標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ?qū)?lián)心電圖,以給藥后心電圖顯示P波消失、出現(xiàn)f波的典型房顫心電圖作為房顫發(fā)生標(biāo)志,以恢復(fù)竇性心律、P波出現(xiàn)、f波消失作為房顫終止標(biāo)志,房顫發(fā)生至終止所持續(xù)的時間即為房顫持續(xù)時間。

1.4心房肌細(xì)胞動作電位時程(APD)與TASK-1電流測定

1.4.1分離心房肌細(xì)胞房顫持續(xù)時間測定結(jié)束后,每組取3只大鼠,剪取大鼠右心房組織,置于4℃左右氧飽和的無鈣臺氏液(137 mmol/L NaCl,11.9 mmol/L NaHCO3,5.4 mmol/L KCl,0.53 mmol/L MgCl2,0.33 mmol/L NaH2PO4,5 mmol/L HEPES,10 mmol/L?;撬幔?0 mmol/L葡萄糖)中洗凈血液,剪取約0.3 cm3大小的組織塊,置于氧飽和的EGTA液中清洗脫鈣2遍。將組織塊置于含有酶液A(1.5 mg/ml I型膠原酶,1 mg/ml XXIV蛋白酶,1 mg/ml BSA,加至無鈣臺氏液中)的試管中消化,37℃水浴30 min,通入100%的氧氣。消化完畢后,將組織塊置于含有1 ml酶液B(1.5 mg/ml I型膠原酶,加至無鈣臺氏液中)的試管中,37℃水浴5 min,通入100%的氧氣。消化完畢后,收集酶解液,800 r/min離心5 min,收集細(xì)胞,將細(xì)胞保存在KB液(70 mmol/L KOH,40 mmol/L KCl,20 mmol/L KH2PO4,3 mmol/L MgCl2,0.5 mmol/L EGTA,10 mmol/L HEPES,50 mmol/L谷氨酸,20 mmol/L?;撬幔?0 mmol/L葡萄糖)中約1 h后即可用于膜片鉗實驗。

1.4.2全細(xì)胞膜片鉗記錄大鼠心房肌細(xì)胞APD與TASK-1電流(1)選取細(xì)胞:將分離好的細(xì)胞懸液滴于倒置顯微鏡上方的浴槽內(nèi),待細(xì)胞貼壁良好后,選擇靜止、桿狀、橫紋清晰的心房肌細(xì)胞進(jìn)行后續(xù)實驗(每只大鼠取8個心房肌細(xì)胞)。(2)微電極的制備及高阻抗封接形成:利用微電極拉制器經(jīng)兩步法拉制出尖端直徑約為1 μm的玻璃微電極,電極阻抗約為3~5 ΜΩ。由尖端吸入電極內(nèi)液(60 mmol/L KCl,65 mmol/L glutamate,5 mmol/L EGTA,2 mmol/L MgCl2,3 mmol/L K2ATP,0.2 mmol/L Na2GTP,5 mmol/L HEPES),再用注射器反向沖灌,將微電極經(jīng)微電極夾持器的側(cè)管與注射器相連。用注射器向微電極加正壓,調(diào)節(jié)操縱器將微電極緩緩浸入浴液,直至接觸心房肌細(xì)胞,去掉正壓再用注射器抽吸形成10~20 cm H2O的負(fù)壓,當(dāng)封接電阻達(dá)到10 GΩ以上時,繼續(xù)施加負(fù)壓,用力吸破電極尖端的細(xì)胞,形成全細(xì)胞記錄。(3)心房肌細(xì)胞APD的記錄:應(yīng)用電流鉗方法,用Axon-200B刺激器輸出方波(波寬2 ms,頻率1 Hz,1.5倍閾強度電壓)驅(qū)動標(biāo)本,引發(fā)心肌細(xì)胞動作電位,記錄并分析心房肌細(xì)胞APD50和APD90。(4)心房肌細(xì)胞TASK-1電流的記錄:電壓鉗制在-30 mV,然后去極化至+40 mV,時間為5 s(目的是失活一過性外向電流),同時為了消除其它電流的影響,細(xì)胞灌流液(135 mmol/L NaCl,5 mmol/L KCl,1 mmol/L CaCl2,1 mmol/L MgCl2,0.33 mmol/L NaH2PO4,10 mmol/L HEPES,10 mmol/L葡萄糖)中加入相應(yīng)通道的阻斷劑(Ito:2 mmol/L 4-aminopyridine;IKATP:2 mmol/L glibenclamide;ICa:10 mmol/L nifedipine;IKr:1 mmol/L E-4031;IKs:2 mmol/L HMR1556),接著給予從+40 mV 至-90 mV斜波刺激(-15 mV/s),斜波刺激結(jié)束后鉗制電位在-30 mV。不同實驗組電流的比較采用電流密度,以消除細(xì)胞間因面積不同造成的電流誤差。注:電流密度為電流強度與膜電容的比值(pA/pF)。

1.5免疫印跡法(Western blot)檢測TASK-1蛋白表達(dá)

實驗第18天,房顫持續(xù)時間測定結(jié)束后,每組抽取3只大鼠,取心房組織,取50~100 mg心房組織提取總蛋白,BCA法蛋白定量后進(jìn)行SDS- PAGE電泳分離蛋白,蛋白轉(zhuǎn)印到PVDF膜,5%脫脂奶粉封閉液4℃封閉過夜。TASK-1一抗在37℃孵育30 min后4℃孵育過夜,將PVDF膜置入二抗工作液中室溫孵育2 h,ECL顯色曝光。采用Bio-Rad quantity one對半定量分析目的條帶的積分光密度值,相對蛋白含量用積分光密度值表示。

1.6統(tǒng)計學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1DHA對大鼠房顫持續(xù)時間的影響

分析第3、4、10、17天大鼠尾靜脈注射乙酰膽堿-氯化鈣混合液前后的心電圖。結(jié)果顯示,隨實驗天數(shù)的增加,AF組與DHA+AF組大鼠的房顫持續(xù)時間逐漸延長;實驗第10、17天,與AF組相比,DHA+AF組大鼠房顫持續(xù)時間明顯縮短(P<0.05),提示DHA可以縮短房顫持續(xù)時間(表1)。CTL組和DHA組大鼠未出現(xiàn)房顫。

DayAF DHA+AF D37.4±2.78.0±2.1D49.9±3.610.6±3.2D1029.8±4.2*18.7±4.3*△D1737.3±5.6#20.7±4.9#△

AF:Atrial fibrillation;DHA:Docosahexaenoic acid

*P<0.05 vs D4 group;#P<0.05 vs D10 group;△P<0.05 vs AF group

2.2DHA對大鼠心房肌細(xì)胞APD和TASK-1電流的影響

AF組大鼠心房肌細(xì)胞APD50為(0.83±0.09),APD90為(0.81±0.09),與CTL組相比明顯縮短,DHA組APD50和APD90分別為(1.25±0.14)和(1.23±0.14),與DHA+AF組APD50(1.10±0.09)和APD90(1.11±0.10)相比明顯延長(P<0.05);與AF組相比,DHA+AF組大鼠心房肌細(xì)胞APD50和APD90明顯延長(P<0.05,表2)。AF組和DHA+AF組大鼠心房肌細(xì)胞TASK-1電流密度分別為(2.36±0.17)和(1.90±0.12),與CTL組大鼠心房肌細(xì)胞TASK-1電流密度(1.65±0.14)相比明顯升高(P<0.05),DHA組TASK-1電流密度為(1.26±0.11),與CTL相比明顯降低(P<0.05);與AF組相比,DHA+AF組大鼠心房肌細(xì)胞TASK-1電流密度明顯降低(P<0.05,圖1)。

GroupAPD50APD90CTL1.0±01.0±0AF0.83±0.09*0.81±0.09*DHA1.25±0.14*1.23±0.14*DHA+AF1.10±0.09*#1.11±0.10*#

APD50:Time of atrial myocyte action potential duration at 50% repolarization;CTL:Control

*P<0.05 vs CTL group;#P<0.05 vs AF group

*P<0.05 vs CTL group;#P<0.05 vs AF group

2.3DHA對大鼠心房組織TASK-1蛋白表達(dá)的影響

CTL組大鼠心房組織TASK-1蛋白與內(nèi)參GAPDH比值為(0.39±0.06)。AF組TASK-1蛋白與內(nèi)參GAPDH比值為(0.63±0.07),DHA+AF組大鼠心房組織TASK-1蛋白與內(nèi)參GAPDH比值為(0.50±0.05),與CTL組相比表達(dá)均明顯升高,DHA組TASK-1蛋白與內(nèi)參GAPDH比值為(0.28±0.05),與CTL組相比有所降低(P<0.05);與AF組相比,DHA+AF組大鼠心房組織TASK-1 蛋白表達(dá)明顯降低(P<0.05,圖2)。

A:The protein expressions of TASK-1 and GAPDH;B:The ratio of TASK-1/GAPDH

*P<0.05 vs CTL group;#P<0.05 vs AF group

3 討論

房顫作為臨床上最常見的心律失常之一,對患者可造成嚴(yán)重危害,導(dǎo)致心力衰竭等致殘致死性并發(fā)癥,嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量和生命健康[8]。由于房顫的發(fā)病機制十分復(fù)雜且容易復(fù)發(fā),使得房顫的長期治療效果并不理想。心房肌生理特性的改變在房顫的發(fā)生發(fā)展過程中起到重要作用,改善或逆轉(zhuǎn)房顫時的心房肌生理特性,能夠有效地抑制房顫的發(fā)生發(fā)展,目前已成為治療房顫的研究熱點。

有研究表明,在狗的房顫模型中ω-3 PUFAs可以改善心房電重構(gòu)[6],但這種作用來自于哪種成分并不清楚。本實驗結(jié)果顯示,房顫大鼠心房肌細(xì)胞的APD50和APD90明顯縮短,DHA明顯延長房顫大鼠的APD50和APD90,提示DHA具有改善房顫大鼠心房肌生理特性的作用。

大鼠心肌細(xì)胞動作電位離子機制與人相似,鈣離子、鉀離子通道電流是心房肌細(xì)胞動作電位復(fù)極化過程中的主要離子通道電流[9]。這兩種跨膜離子流發(fā)生變化,引起心房肌細(xì)胞APD縮短,易誘導(dǎo)房顫的發(fā)生[10],調(diào)控鈣離子和鉀離子通道電流已成為抑制房顫時心房電重構(gòu)的重要環(huán)節(jié)。雙孔鉀通道是上世紀(jì)90年代發(fā)現(xiàn)的一類鉀離子通道,能產(chǎn)生瞬時性和非失活性的電流,在所有膜電位時程中均有活性。TASK-1通道是雙孔鉀通道的重要一員,對細(xì)胞外的pH值敏感,對常用的鉀通道阻斷劑不敏感。TASK-1在心肌細(xì)胞上高表達(dá),主要參與調(diào)節(jié)細(xì)胞膜的背景鉀電流和動作電位時程、控制細(xì)胞靜息膜電位[2]。Limberg等[3]的研究發(fā)現(xiàn),ITASK-1約占人心房肌細(xì)胞背景電流的40%左右,心房肌細(xì)胞TASK-1的表達(dá)上調(diào)后心房肌細(xì)胞APD縮短;Putzke等[4]發(fā)現(xiàn)使用TASK-1阻滯劑A293后可延長大鼠心室肌細(xì)胞的APD;Donner等[11]也發(fā)現(xiàn)TASK-1基因敲除小鼠的心肌細(xì)胞APD顯著延長,Barth等[5]觀察到房顫患者的心房組織中TASK-1 mRNA表達(dá)水平升高,提示TASK-1可能在房顫時發(fā)生基因轉(zhuǎn)錄及蛋白表達(dá)水平的改變,從而引起通道電流的變化。本實驗室前期研究結(jié)果表明,DHA可以調(diào)控人肺血管平滑肌細(xì)胞上的TASK-1,故我們推測DHA可能通過調(diào)控心房肌細(xì)胞上的TASK-1而延長房顫大鼠心房肌細(xì)胞的APD。結(jié)果顯示,房顫大鼠心房肌細(xì)胞APD50和APD90縮短的同時TASK-1電流密度及蛋白表達(dá)升高,提示房顫時心房肌細(xì)胞APD的縮短可能與TASK-1蛋白表達(dá)增高從而引起電流密度的升高有關(guān);DHA延長房顫大鼠心房肌細(xì)胞APD50和APD90,降低心房肌細(xì)胞TASK-1電流和蛋白表達(dá),提示DHA延長房顫大鼠心房肌細(xì)胞APD的作用可能通過下調(diào)心房肌細(xì)胞TASK-1蛋白表達(dá)進(jìn)而降低TASK-1的電流密度有關(guān)。值得注意的是,房顫時心房肌細(xì)胞APD的縮短是眾多離子通道電流變化引起的結(jié)果,DHA還可能通過參與調(diào)控其他離子通道電流來延長心房肌細(xì)胞APD改善房顫,具體機制還有待于進(jìn)一步研究。

總之,本研究表明,DHA能夠縮短房顫大鼠的房顫持續(xù)時間,延長APD,其機制可能與其下調(diào)房顫時心房肌細(xì)胞TASK-1的蛋白表達(dá)進(jìn)而抑制TASK-1電流有關(guān)。本研究結(jié)果可為DHA治療房顫提供進(jìn)一步的實驗依據(jù)。

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Effects of docosahexaenoic acid on atrial physiological parameter and TASK-1 protein expression in atrial fibrillation rats

GE Min1,SHAN Feng1,2,TANG Bi3△,HOU Xiu-Jie4

(1.Department of Pharmacy,Bengbu Medical College,Bengbu 233004;2.Department of Pharmacy,the Fourth People's Hospital of Hefei,Hefei 230022;3.Department of Cardiovascular Medcine,the First Affiliated Hospital of Bengbu Medical College,Bengbu 233004; 4.Department of Cardiovascular Medcine,the First People's Hospital of Fuyang,Fuyang 236000,China)

Objective:To investigate the effect of docosahexaenoic acid(DHA)on atrial physiological parameter and its related mechanisms in atrial fibrillation rats.Methods:Eighty Sprague-Dawley(SD)rats which were sensitive to acetylcholine-calcium chloride mixture were randomly divided into four groups:control(CTL),control treated with DHA(DHA),atrial fibrillation(AF)and atrial fibrillation treated with DHA(DHA+AF).The duration of atrial fibrillation was measured.The atrial myocyte action potential duration(APD)and TWIK-related acid-sensitive K+channels-1(TASK-1)currents were recorded by whole-cell patch-clamp technique.The expression of TASK-1 at protein level in atrial tissue was detected by Western blot method.Results:Atrial fibrillation of the rats was induced by acetylcholine-calcium chloride mixture,and the duration time of atrial fibrillation was increased with the drug-induced time prolonged.Compared with control group,the time of atrial myocyte action potential duration at 50% repolarization(APD50)and at 90% repolarization(APD90)were significantly shorten in AF group,TASK-1 current density and TASK-1 protein expression were increased(P<0.05).Compared with AF group,the duration of atrial fibrillation was decreased,the time of atrial myocyte APD50and APD90were prolonged,TASK-1 current density and protein expression were significantly reduced in DHA+AF group(P<0.05).Conclusion:DHA can prolong the atrial myocyte APD in atrial fibrillation rats,which may be related to down-regulation of TASK-1 protein expression and decreasing TASK-1 current density in atrial tissue.

atrial fibrillation;docosahexaenoic acid;atrial electrical remodeling;TASK-1

國家自然科學(xué)基金資助項目(81170046);教育部留學(xué)回國人員科研啟動基金(第46批);安徽省自然科學(xué)基金資助項目(10040606Q44)

2015-05-11

2015-11-27

△Tel:15855798487;E-mail:bitang2000@163.com

R541.75

A

1000-6834(2016)02-128-05

10.13459/j.cnki.cjap.2016.02.009

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