劉 超,王明娟,范彥芳,單偉超**
(1. 承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 承德 067000;2. 承德醫(yī)學(xué)院 承德 067000)
隨著人們生活水平的不斷提高,生活節(jié)奏的加快,我國(guó)心血管疾病患者越來(lái)越多,中國(guó)已經(jīng)成為心血管疾病負(fù)擔(dān)最重的國(guó)家之一[1]。其中,冠狀動(dòng)脈粥樣硬化型心臟病的發(fā)病率、死亡率日趨上升,嚴(yán)重威脅人類(lèi)的健康和生活質(zhì)量,不僅患病人數(shù)在中國(guó)飛速增長(zhǎng),冠心病也已成為全球第一位的死亡原因[1]。急性心肌梗塞(acute myocardial infarction,AMI)往往是冠心病的首發(fā)表現(xiàn)[2],在過(guò)去的十幾年中,心梗的預(yù)后已經(jīng)得到了極大的改善,但其治療方法還很有限,療效也還不夠理想[3-4]。常用的治療手段(如再灌注治療)雖然減少了心肌梗死面積[5],但也使得更多人進(jìn)入心梗后心室重構(gòu)階段,增加了心臟衰竭發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)[6]。因此,探究如何改善或逆轉(zhuǎn)患者的心室重塑情況,對(duì)進(jìn)一步提高心?;颊叩念A(yù)后具有積極意義。
在心梗發(fā)生時(shí),心肌細(xì)胞氧和營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)的短缺常導(dǎo)致線(xiàn)粒體功能障礙,此時(shí),有效的線(xiàn)粒體自噬緩沖了線(xiàn)粒體功能紊亂帶來(lái)的心臟毒性作用[7],因此,通過(guò)使用靶向作用于線(xiàn)粒體的藥物,可以達(dá)到顯著減少住院率,改善心室功能的作用[8]。丹皮酚(paeonol)是分離自中藥牡丹、芍藥的干燥根皮的具有廣泛生物活性的物質(zhì)。丹皮酚曾被發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)調(diào)控miR-1-PI3K-AKT軸提高心臟功能,減輕炎癥,并增強(qiáng)心肌細(xì)胞自噬[9],這提示丹皮酚對(duì)心梗后心室重構(gòu)和心臟功能可能具有一定的改善作用,但其具體機(jī)制尚未完全闡明。
中醫(yī)是中國(guó)醫(yī)療體系的重要組成部分,在西方醫(yī)療市場(chǎng)不斷擴(kuò)大的同時(shí),中醫(yī)市場(chǎng)也在不斷擴(kuò)大,尤其在心腦血管疾病方面對(duì)于中醫(yī)的需求極大[10]。在心梗治療方面,中醫(yī)也具有廣泛的應(yīng)用,但由于其缺少臨床數(shù)據(jù)支撐,配方復(fù)雜,機(jī)制難以闡明,阻礙了中醫(yī)的進(jìn)一步發(fā)展和國(guó)際化[10-11]。因此,有必要對(duì)中醫(yī)配方中活性成分的功能及其機(jī)制開(kāi)展探究。本研究通過(guò)建立心肌梗死的細(xì)胞模型和動(dòng)物模型,首次觀(guān)察丹皮酚對(duì)結(jié)扎冠狀動(dòng)脈前降支(LAD)誘導(dǎo)的MI 大鼠的治療作用,并從線(xiàn)粒體自噬及Pink1/Parkin 角度探討其可能的作用機(jī)制,為將丹皮酚開(kāi)發(fā)成防治心血管疾病的新藥提供有價(jià)值的藥理實(shí)驗(yàn)依據(jù),并為進(jìn)一步改善心梗治療手段和闡明中藥作用機(jī)制提供理論基礎(chǔ)。本研究是河北省衛(wèi)生計(jì)生委醫(yī)學(xué)科學(xué)研究重點(diǎn)課題項(xiàng)目(20181153)的一部分,并由其提供經(jīng)費(fèi)支持。
人心肌細(xì)胞H9C2 購(gòu)買(mǎi)于A(yíng)merican Type Culture Collection(ATCC,Manassas,Virginia),將細(xì)胞培養(yǎng)于含有10%胎牛血清并添加了1%青霉素、1%鏈霉素的RPMI-1640 培養(yǎng)基中(Gibco,Grand Island,NY,USA),于37℃、5%CO2的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。在細(xì)胞處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期時(shí)用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
采 用Lipofectamin 2000 將siRNA-Pink1 轉(zhuǎn) 染H9C2 細(xì)胞。細(xì)胞用0.25%胰酶消化后接種于6 孔板中,調(diào)整細(xì)胞密度為1 × 105個(gè)/孔。待細(xì)胞生長(zhǎng)至80%-90%融合時(shí),胰酶消化、收集細(xì)胞,隨機(jī)分為空載體對(duì)照組(轉(zhuǎn)染空載體)、轉(zhuǎn)染組。繼續(xù)培養(yǎng)96 h。
當(dāng)H9C2 細(xì)胞生長(zhǎng)至80%匯合度以上,棄去原培養(yǎng)液,更換為缺氧培養(yǎng)液(125 mM NaCl,8 mM KCl,1.2 mM KH2PO4,1.25 mM MgSO4,1.2 mM CaCl2,6.25 mM NaHCO3,5 mM s 乳酸鈉,and 20 mM HEPES,pH 6.6),置于缺氧培養(yǎng)箱(GasPakTM EZ,BD Biosciences,Shanghai,China)中,根據(jù)制造商的說(shuō)明書(shū),調(diào)整培養(yǎng)環(huán)境為10%CO2和1%O2,培養(yǎng)2 小時(shí)。所有細(xì)胞分為三組:①對(duì)照組:正常培養(yǎng);②缺氧組:置于缺氧環(huán)境和缺氧培養(yǎng)液中培養(yǎng);③丹皮酚組:置于缺氧環(huán)境和添加了100 μM的丹皮酚的缺氧培養(yǎng)液中培養(yǎng)。
將SD 大鼠用10%水合氯醛(0.3 ml/100 g)腹腔注射麻醉,氣管插管,小型動(dòng)物呼吸機(jī)輔助呼吸,鈍性分離第4 或第5 肋間肌進(jìn)入第4 或第5 肋間肌進(jìn)入胸腔,用眼瞼撐開(kāi)器支撐開(kāi)肋間,在左心耳下緣與肺動(dòng)脈圓錐間距主動(dòng)脈根部約3 mm 處結(jié)扎左冠狀動(dòng)脈前降支(假手術(shù)組只開(kāi)胸剪破心包,在相應(yīng)部位掛線(xiàn)不結(jié)扎),以心電圖出現(xiàn)ST 段抬高1/2 以上、左室前壁顏色變蒼白視為MI 模型成功,逐層縫合關(guān)胸,待自主呼吸恢復(fù)后,拔掉氣管插管,術(shù)后24 h 將存活大鼠分為MI組、MI+丹皮酚(12 mg/kg)組和Pink1 敲低組(同時(shí)進(jìn)行丹皮酚灌胃處理和尾靜脈注射2.5 mg/kg si-Pink1),手術(shù)第二天開(kāi)始灌胃給藥,給藥周期4 周。設(shè)置假手術(shù)組,開(kāi)胸,掛線(xiàn)不結(jié)扎。本實(shí)驗(yàn)已經(jīng)獲得本院動(dòng)物倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。
經(jīng)胸超聲心動(dòng)圖采用高分辨率超聲心動(dòng)系統(tǒng)(Visual Sonics,Toronto,Canada),檢測(cè)左室收縮末期內(nèi)徑(LVESD)、左室舒張末期內(nèi)徑(LVEDD)、室間隔厚度(IVSD)、左室后壁厚度(LVPWT)、左室縮短分?jǐn)?shù)(FS)、左室射血分?jǐn)?shù)(EF)。使用生物機(jī)能采集系統(tǒng)BL-420S(Techman,Chengdu,China)檢測(cè)左室舒張末壓(LVEDP)、左室收縮末壓(LVDP)、左室內(nèi)壓最大上升和下降速率(±dp/dt)。
收集大鼠血漿和試驗(yàn)后的細(xì)胞培養(yǎng)液,根據(jù)制造商的說(shuō)明書(shū),使用酶聯(lián)免疫吸附(ELISA)試劑盒(Multisciences(lianke) biotech,co.,ltd,Hangzhou,China)檢測(cè)乳酸脫氫酶(LDH)活性和肌酸激酶同工酶(CK-MB)活性。
收集細(xì)胞,用預(yù)冷RIPA 裂解液(Beyotime Biotcchnology,Shanghai,China)冰 上 孵 育20 min,13000 r/min,4℃,離心20 min。離心后取上清,用BCA蛋白定量試劑盒進(jìn)行蛋白定量,調(diào)整蛋白濃度,煮沸變性5 min。采用12% SDS-PAGE 電泳1.5~2 h,轉(zhuǎn)至PVDF 膜(Millipore,Bedford,MA,USA)。采用3% BSA的TBST 溶液在室溫封閉膜。加入稀釋好的一抗(anti-Pink1 兔抗人多克隆抗體,1:1000,ab23707 或anti-Parkin 小鼠抗人單克隆抗體,1:1000,ab77924 或anti-Mfn2 兔抗人多克隆抗體,1:1000,ab50838或anti-Beclin1 兔抗人多克隆抗體,1:1000,ab62557 或anti-LC3A/B 兔抗人多克隆抗體,1:1000,ab128025 或antip62 抗體,小鼠抗人單克隆抗體,1:1000,ab56416),放4℃過(guò)夜。TBST 洗膜5 次,每次3min。加入稀釋好的二抗(山羊抗兔IgG 1:2000,ab205718 或山羊抗小鼠IgG 1:2000,ab205719),室溫輕搖40min,TBST 洗膜6次,每次3 min。ECL(Amersham Pharmacia Biotech,Little Chalfont,UK)顯影、定影和掃描。用軟件ImageJ分析各條帶灰度值,以目的蛋白灰度值與GAPDH 灰度值的比值作為蛋白相對(duì)表達(dá)量進(jìn)行分析。所有抗體均購(gòu)自Abcam(Shanghai,China)。
孔板中各組細(xì)胞干預(yù)如前所述,去培養(yǎng)基,PBS洗滌一次。用免疫染色固定液固定細(xì)胞30~60 min,PBS洗滌一次。加入免疫染色洗滌液,冰浴孵育2 min。在樣品上加50 μL TUNEL檢測(cè)液(Beyotime Biotechnology,Shanghai,China),37℃避光孵育60 min。PBS 洗滌3次。用抗熒光淬滅封片液封片后熒光顯微鏡下觀(guān)察,每份樣品隨機(jī)選取5個(gè)視野,計(jì)算細(xì)胞凋亡率:凋亡率=凋亡細(xì)胞/總細(xì)胞×100%。
本研究的數(shù)據(jù)全部使用SPSS 17.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件(SPSS Inc.,Chicago,IL,USA)進(jìn)行處理分析,計(jì)量資料采用“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”(x±s)表示,兩組間比較使用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),以P<0.05代表差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
本研究通過(guò)缺氧處理人H9C2 細(xì)胞建立了心肌細(xì)胞梗死的細(xì)胞模型,并通過(guò)100 nM的丹皮酚對(duì)其進(jìn)行了處理以觀(guān)察丹皮酚的作用。通過(guò)ELISA,本研究發(fā)現(xiàn)心肌損傷標(biāo)志物L(fēng)DH、CK-MB 因丹皮酚的處理而顯著減少(圖1A,圖1B)。另外,TUNEL 的結(jié)果提示,H9C2細(xì)胞凋亡也因丹皮酚的處理而減輕(圖1C)。這些結(jié)果共同提示丹皮酚對(duì)心肌細(xì)胞具有保護(hù)作用。
為了探究丹皮酚是否影響了心肌細(xì)胞自噬,本研究通過(guò)western blot 對(duì)相關(guān)蛋白進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),丹皮酚的處理顯著促進(jìn)了LC3Ⅱ/LC3Ⅰ的比值(圖2B),Pink1、Parkin、Beclin-1 和Mfn2 的表達(dá)均顯著增高(圖2C-F),而p62 表達(dá)水平則降低,這說(shuō)明丹皮酚對(duì)心肌細(xì)胞自噬具有促進(jìn)作用。通過(guò)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),線(xiàn)粒體自噬相關(guān)通路蛋白Pink1 和Parkin 的表達(dá)水平均顯著增高(圖2G),這提示丹皮酚可能通過(guò)影響Pink1/Parkin通路促進(jìn)心肌細(xì)胞自噬。
為了進(jìn)一步探究丹皮酚的作用機(jī)制,本研究通過(guò)向H9C2 細(xì)胞中轉(zhuǎn)染了si-Pink1 以敲低Pink1 的表達(dá),再次觀(guān)察丹皮酚對(duì)H9C2 細(xì)胞的影響。本研究先通過(guò)Western blot 對(duì)Pink1/Parkin 的表達(dá)水平進(jìn)行了檢測(cè),確認(rèn)其確實(shí)被敲低了(圖3B,C)。此外,本研究觀(guān)察到敲低Pink1 后自噬相關(guān)蛋白LC3Ⅱ/LC3Ⅰ表達(dá)水平的比值顯著降低,Beclin-1 和Mfn2 的表達(dá)水平顯著下降,而p62 蛋白表達(dá)量顯著增加(圖3D-G)。這說(shuō)明丹皮酚導(dǎo)致的自噬被Pink1的敲低抑制了。
為了進(jìn)一步檢測(cè)Pink1 對(duì)丹皮酚作用的影響,本研究對(duì)敲低Pink1 后丹皮酚發(fā)揮的對(duì)心肌細(xì)胞的保護(hù)作用進(jìn)行了檢測(cè)。本研究觀(guān)察到與Paeonol 組相比。Paeonol+si-Pink1 組中心肌損傷標(biāo)志物L(fēng)DH 和CK 的含量顯著增高(圖4A,B),細(xì)胞凋亡率同樣也增高了(圖4C)。本研究的結(jié)果說(shuō)明敲低Pink1逆轉(zhuǎn)了丹皮酚的作用,提示丹皮酚通過(guò)激活Pink1/Parkin 信號(hào)通路促進(jìn)線(xiàn)粒體自噬發(fā)揮其保護(hù)心肌細(xì)胞的功能。
本研究通過(guò)結(jié)扎冠狀動(dòng)脈左前降支在SD 大鼠體內(nèi)建立了心肌梗死的動(dòng)物模型,并通過(guò)向大鼠體內(nèi)注射si-Pink1 敲低了Pink1 的表達(dá)。本研究通過(guò)western blot對(duì)大鼠心臟組織中Pink1和Parkin的表達(dá)進(jìn)行了檢測(cè),確認(rèn)了si-Pink1 注射的效果(圖5B,C)。本研究進(jìn)一步觀(guān)察到,丹皮酚提高了SD大鼠心臟組織中LC3Ⅱ/LC3Ⅰ表達(dá)水平的比值,提高了Beclin-1和Mfn2的表達(dá)水平并顯著降低了p62的表達(dá),這些結(jié)果在Pink1敲低后均被逆轉(zhuǎn)(圖5D-G)。以上結(jié)果提示丹皮酚通過(guò)激活Pink1/Parkin通路促進(jìn)了SD大鼠心梗后的細(xì)胞自噬。
本研究進(jìn)一步觀(guān)察了丹皮酚對(duì)大鼠心臟功能和心室重構(gòu)情況的影響。通過(guò)超聲心動(dòng)圖,本研究發(fā)現(xiàn)與假手術(shù)組相比,心梗組SD 大鼠LVESD、LVEDD、IVSD 顯著增高,LVPWT、FS 和EF 顯著下降,丹皮酚逆轉(zhuǎn)了這種影響(圖6A-F)。此外,本研究還觀(guān)察到心梗組大鼠LVEDP 顯著增高,LVDP 和± dp/dt 顯著降低,丹皮酚同樣在這些指標(biāo)中逆轉(zhuǎn)了心梗的影響(圖大鼠心臟功能,減輕了心室重塑情況。至此,本研究通過(guò)體內(nèi)外的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)并證實(shí)了丹皮酚至少在一定程度上通過(guò)激活Pink1/Parkin 通路,促進(jìn)心肌細(xì)胞線(xiàn)粒體自噬,進(jìn)而在心肌梗死的進(jìn)程中發(fā)揮保護(hù)心肌細(xì)胞的作用。
圖1 丹皮酚對(duì)缺氧環(huán)境中H9C2細(xì)胞的保護(hù)作用
圖2 丹皮酚對(duì)自噬相關(guān)蛋白的影響
圖3 敲低Pink1對(duì)自噬相關(guān)蛋白表達(dá)的影響
圖4 敲低Pink1對(duì)丹皮酚保護(hù)心肌細(xì)胞的影響
圖5 丹皮酚處理和敲低Pink1后對(duì)大鼠心臟組織中自噬相關(guān)蛋白的表達(dá)
心肌梗死是導(dǎo)致心衰的重要原因[6]。目前,關(guān)于丹皮酚減輕心肌梗死情況的報(bào)道尚且不多,其潛在機(jī)制也尚未闡明。本研究通過(guò)建立心肌梗死的細(xì)胞模型和大鼠模型,發(fā)現(xiàn)丹皮酚可以通過(guò)影響Pink1/Parkin信號(hào)通路,增強(qiáng)心梗過(guò)程中的線(xiàn)粒體自噬,從而減輕心肌損傷,改善心梗后心室重構(gòu)情況,提高心臟功能。
在心肌梗死過(guò)程中,線(xiàn)粒體功能紊亂是導(dǎo)致心肌細(xì)胞損傷的主要機(jī)制之一,心肌發(fā)生缺血時(shí),心肌細(xì)胞內(nèi)的鈣超載將導(dǎo)致線(xiàn)粒體內(nèi)鈣含量增加,這導(dǎo)致了線(xiàn)粒體腫脹及其膜的通透性改變,并增加了心肌細(xì)胞內(nèi)的代謝壓力,而線(xiàn)粒體通透性過(guò)渡孔的開(kāi)啟和線(xiàn)粒體外模的通透性增加將啟動(dòng)心肌細(xì)胞壞死和凋亡的進(jìn)程[12]。因此,通過(guò)自噬更新線(xiàn)粒體對(duì)于維持線(xiàn)粒體功能和心臟功能十分重要。本研究的研究發(fā)現(xiàn),無(wú)論在缺氧培養(yǎng)的H9C2 心肌細(xì)胞中或在心肌梗死大鼠的心臟組織中,丹皮酚均顯著提高了LC3Ⅱ/LC3Ⅰ的比值,Beclin-1、Mfn2 表達(dá)同時(shí)增高,p62 表達(dá)則顯著減少,提示丹皮酚促進(jìn)了心梗進(jìn)程中的細(xì)胞自噬。進(jìn)一步的研究則表明,丹皮酚減弱了心肌細(xì)胞的損傷和凋亡,改善了大鼠心臟功能,逆轉(zhuǎn)了心梗導(dǎo)致的心室重構(gòu)。而當(dāng)抑制線(xiàn)粒體自噬中的重要蛋白Pink1 后,丹皮酚的效果同樣被抑制了。本研究的結(jié)果說(shuō)明丹皮酚通過(guò)促進(jìn)線(xiàn)粒體自噬減輕了心梗過(guò)程中的心肌損傷和心室重構(gòu)。曾有研究報(bào)道,丹皮酚和丹參素的聯(lián)合作用激活了Nrf2 通路,減少了心肌細(xì)胞的氧化應(yīng)激反應(yīng),抑制了細(xì)胞凋亡[13];另一項(xiàng)關(guān)于無(wú)復(fù)流的研究表明,丹皮酚顯著減少了心肌梗死面積,改善了心臟功能[14]。這些研究發(fā)現(xiàn)的丹皮酚保護(hù)心肌細(xì)胞、恢復(fù)心臟功能的作用和我們發(fā)現(xiàn)的結(jié)果相一致。另外,也有不少研究發(fā)現(xiàn),促進(jìn)心梗過(guò)程中線(xiàn)粒體自噬改善了心梗病情。如利拉魯肽通過(guò)促進(jìn)SIRT1 的表達(dá),激活了Parkin通路,進(jìn)而促進(jìn)了線(xiàn)粒體自噬,抑制了心梗過(guò)程中的心肌纖維化、炎癥反應(yīng)和心肌細(xì)胞死亡[15]。PEDF通過(guò)促進(jìn)心梗過(guò)程中FUNDC1 調(diào)控的心肌細(xì)胞中線(xiàn)粒體自噬顯著減輕了心肌細(xì)胞損傷[16]。這與本研究發(fā)現(xiàn)的作用機(jī)制相類(lèi)似。因此,本研究通過(guò)體內(nèi)外的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)丹皮酚具有保護(hù)心肌的作用,證明了丹皮酚具有潛在的應(yīng)用于改善心梗后心室重塑的能力。
圖6 丹皮酚對(duì)大鼠心臟功能及心室重構(gòu)的影響
Pink1/Parkin 是調(diào)控線(xiàn)粒體自噬的重要通路。發(fā)生線(xiàn)粒體功能障礙時(shí),Pink1 降解異常,聚集于線(xiàn)粒體膜上,激活Parkin 的E3 連接酶活性,啟動(dòng)自噬過(guò)程[17]。Mfn2 是識(shí)別Pink1/Parkin 通路中識(shí)別受損線(xiàn)粒體的重要蛋白,Mfn2募集Parkin于受損線(xiàn)粒體,Parkin則通過(guò)一種依賴(lài)于Pink1 的方式與Mfn2 結(jié)合[18-19]。本研究通過(guò)使用丹皮酚處理缺氧培養(yǎng)的H9C2 細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)丹皮酚顯著提高了Pink1 和Parkin 的表達(dá)。敲低Pink1 后丹皮酚的效果被部分抑制。這些結(jié)果共同證實(shí),丹皮酚至少在一定程度上通過(guò)Pink1/Parkin 通路發(fā)揮其保護(hù)心肌的作用。類(lèi)似的,有研究發(fā)現(xiàn)乙酰膽堿可以通過(guò)激活Pink1/Parkin 通路減輕H9C2 受到的缺氧/復(fù)氧損傷[20],這與本研究的結(jié)果相類(lèi)似。此外,丹皮酚還曾被報(bào)道可以促進(jìn)了Nrf2 的核轉(zhuǎn)位[21],不僅Nrf2 的缺失可以加速心梗后心衰的進(jìn)程,Nrf2 還可以和Pink1 發(fā)生相互作用[22],并調(diào)控了線(xiàn)粒體自噬[23]。丹皮酚也有可能通過(guò)這些對(duì)心肌細(xì)胞自噬產(chǎn)生一定的影響,更深層次的作用機(jī)制尚未被發(fā)現(xiàn)。在心肌梗死的進(jìn)程中,Pink1 還發(fā)揮了減少線(xiàn)粒體碎片化的作用,鑒于丹皮酚促進(jìn)Pink1表達(dá)的功效[24],丹皮酚可能也會(huì)有類(lèi)似的效果,這將進(jìn)一步恢復(fù)線(xiàn)粒體功能,對(duì)減輕心肌細(xì)胞損傷有積極意義,但這還需要進(jìn)一步探究。
總而言之,本研究通過(guò)體內(nèi)外的實(shí)驗(yàn),闡釋了丹皮酚通過(guò)上調(diào)Pink1/Parkin,促進(jìn)H9C2 心肌細(xì)胞中的線(xiàn)粒體自噬,進(jìn)而減輕了心肌細(xì)胞損傷,改善了心臟功能,逆轉(zhuǎn)了心室重構(gòu)。本研究的研究提示丹皮酚具有一定的應(yīng)用于臨床防治心梗后心室重構(gòu)的能力,并為丹皮酚的臨床應(yīng)用進(jìn)一步提供了理論基礎(chǔ)。