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背景:主动脉夹层(Aortic dissection,AD)是一种潜在致命性的心血管疾病,需要非常及时的诊断和手术治疗来挽救病人的生命,目前对于夹层的患者,除了ACEI类及降压药物,仍未证实有任何药物能有效预防和减缓主动脉夹层的进展,因此,迫切需要对主动脉夹层的发病机制进行深入研究,以寻求新的更为有效的防治措施。 以往普遍认为在主动脉夹层的形成和进展中,炎症反应发挥了重要的作用,而炎症反应参与夹层形成的机制也有多方面的研究。近来有研究证实氧化应激与主动脉夹层的发生与发展也是密切相关。活性氧是细胞内线粒体的代谢,NADPH氧化酶,黄嘌呤氧化酶和非耦合内皮型一氧化氮合酶反应的副产物,活性氧的清除系统则是包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化酶等诸多活性酶在内的生物酶系统。体内氧化应激的过度激活打破将活性氧的产生和清除的微妙的平衡关系转换成活性氧的产生为主的状态,从而加剧氧化应激进而引起一系列的不良反应。研究发现来源于NADPH氧化酶的活性氧是主动脉夹层的形成的重要病理机制。活性氧可以显著上调基质金属蛋白酶MMPs的蛋白表达水平及酶活性。平滑肌作为主动脉夹层和动脉瘤的最主要的中层效应细胞,活性氧可以直接诱导平滑肌细胞的凋亡从而导致夹层的形成。 血管紧张素Ⅱ(AngiotensinⅡ,AngⅡ)慢性微泵灌注的载脂蛋白E敲除(ApoE-/-)的小鼠是腹主动脉瘤的常用模型。主动脉夹层的病理机制与腹主动脉瘤较为类似,血管紧张素Ⅱ微泵灌注模型与氧化应激密切相关,并且血管紧张素Ⅱ可以明显激活平滑肌细胞和单核细胞中的NADPH氧化酶并导致活性氧的大量产生。 熊脱氧胆酸(Ursodeoxycholic acid,UDCA)具有明显的抗氧化应激的作用,包括清除超氧阴离子和脂质过氧化物等,因此我们探究熊脱氧胆酸能否通过抗氧化应激作用从而缓解主动脉夹层的发生和病程进展。并且我们尝试了一种新的小鼠主动脉夹层的动物模型用于该研究。 方法与结果:将7到10月龄雄性APOE敲除的小鼠(ApoE-/-)随机分为三组:saline组(saline)、AngⅡ组(AngⅡ)、AngⅡ+UDCA组(AngⅡ+UDCA)。AngⅡ组通过将7到10月龄ApoE-/-雄性小鼠采用AZLET Mini-Osmotic Pump皮下埋泵持续灌注AngⅡ,AngⅡ用量为2,500ng/min/kg,灌注7天,造成动物主动脉夹层的模型。并准备皮下埋置输注0.9%生理盐水的微泵的saline组小鼠。AngⅡ+UDCA组在埋泵前三天开始加用UDCA(100mg/kg/day in0.1ML2.5%NaHCO3,PH7.4)灌胃直到处死动物。在植入微泵及植入微泵后7天,实验过程中每天测量动物血压,实验结束后处死动物,收集小鼠的血液和组织。收集的主动脉组织一部分4%甲醛溶液中固定后石蜡包埋,一部分置于OCT中保存用于冰冻切片,一部分直接保存于负80℃用于后续实验各组小鼠主动脉组织石蜡切片行HE染色、胶原染色以观察主动脉组织结构变化,胶原沉积情况和分布。 检测小鼠血清和主动脉组织中氧化应激相关指标,UDCA对其是否有缓解作用:主动脉组织进行冰冻切片用DHE探针荧光染色检测ROS水平,并用DHE和α-SMA双重免疫荧光染色对ROS进行定位。免疫组化染色检测主动脉组织中氧化应激相关的蛋白(P67phox、P47phox和gp91phox),Western Blot检测小鼠主动脉组织的氧化应激相关的蛋白(P67phox、P47phox、gp91phox、Cu/Zn-SOD、Mn-SOD和Catalase)。对比saline组,AngⅡ组小鼠的主动脉组织中NADPH氧化酶各个亚单位的表达上调,这其中包括P67phox、P47phox和gp91phox。而UDCA可以明显抑制AngⅡ诱导的上述相关蛋白的表达增加。UDCA可以显著抑制AngⅡ引起的氧化应激抑制蛋白 Mn-SOD和CAT的表达下调变化,而对CuZn-SOD的表达无明显影响。试剂盒检测血清和主动脉组织的MDA、CAT和总SOD活性。UDCA可以明显抵抗AngⅡ引起的SOD和CAT的活性的下调并逆转AngⅡ诱导的MDA的含量增加。 检测小鼠主动脉组织中凋亡相关指标和UDCA对主动脉的保护作用:小鼠主动脉石蜡切片进行TUNEL染色检测凋亡情况,可以发现在AngⅡ组,与saline组相比有大量的绿色荧光标记显示的凋亡的细胞,说明在AngⅡ诱导的模型中,小鼠的主动脉组织中有大量的细胞发生了凋亡。而AngⅡ+UDCA组,这种绿色荧光比AngⅡ组明显减少,说明UDCA可以显著的缓解这种凋亡的产生。Western Blot检测主动脉组织的BCL-2、BCL-Bax和BCL-xl蛋白水平。结果发现,AngⅡ诱导血管组织高表达促凋亡蛋白Bax,而UDCA则显著抑制了AngⅡ所诱导的Bax的表达上调。同时,UDCA也显著抑制AngⅡ引起的抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xl的表达下调变化。 检测UDCA对小鼠血清和主动脉组织的炎症水平是否有影响:用ELISA检测血浆中的TNF-α、IL-10、IL-1β和IFN-γ的含量,结果发现UDCA显著抑制了AngⅡ诱导的和AngⅡ组小鼠血清中促炎症的炎症因子(TNF-α、IL-10和 IFN-γ)水平升高以及抑炎症的炎症因子(IL-1β)水平下降,免疫组化染色检测主动脉组织中巨噬细胞标志蛋白F4/80的表达变化。结果显示UDCA显著抑制了AngⅡ诱导的F4/80在局部血管组织中的的表达。 免疫组化和Western Blot检测各组实验小鼠主动脉的MMP-2、MMP-9蛋白表达水平。结果发现AngⅡ组MMP2、MMP9蛋白水平明显高于saline组,而AngⅡ+UDCA组MMP2、MMP9蛋白水平则明显较AngⅡ组有所下降。检测小鼠血清血脂水平,包括高密度脂蛋白、低密度脂蛋白、总胆固醇及甘油三酯这四个指标。实验各组小鼠的血脂水平都没有明显的统计学差异。 平滑肌细胞是血管中层的最主要效应细胞,而平滑肌凋亡是主动脉夹层的重要的病理机制。通过动物实验所得到的实验结果,为了进一步证明研究机制,观察UDCA对细胞的保护作用是否是通过抵抗氧化应激产生的,我们对体外培养的小鼠血管平滑肌细胞进行了相关实验。 检测各组平滑肌细胞氧化应激相关指标。通过检测细胞内 ROS水平(流式细胞术),结果发现:与对照组相比,AngⅡ明显增加了细胞内ROS的产生,而UDCA预处理能降低AngⅡ诱导的ROS产生,H2O2作为阳性对照组ROS的产生也是明显增加,NAC作为ROS的清除剂也可以明显减少AngⅡ诱导的ROS的产生。并且UDCA还能够明显降低AngⅡ诱导的p47phox、p67phox、gp91phox的表达增加,并且逆转AngⅡ抑制Mn-SOD、catalase表达,Cu/Zn-SOD的变化不明显。检测细胞膜电位水平发现:与对照组相比,AngⅡ明显增加了膜电位下降的细胞比例,而UDCA预处理能降低AngⅡ诱导的这部分细胞比例,H2O2作为阳性对照组膜电位下降的细胞数量也是明显增加,NAC作为ROS的清除剂也可以明显减少AngⅡ诱导的膜电位下降的细胞比例。 检测各组平滑肌细胞凋亡相关指标。结果发现AngⅡ诱导的细胞促凋亡蛋白Bax表达水平的升高与H2O2所诱导的Bax的表达上升是接近的,而H2O2所下调的抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xl表达与AngⅡ的干预结果也相近,并且活性氧的清除剂NAC和UDCA一样也显著抑制AngⅡ引起的促凋亡蛋白Bax上调及抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xl的表达下调变化。对细胞进行流式细胞术检测凋亡结果发现UDCA可以明显抑制AngⅡ诱导的平滑肌细胞的凋亡产生,并且H2O2也可以明显诱导细胞凋亡,NAC则也可以显著抑制AngⅡ诱导的细胞凋亡,这都说明UDCA的保护作用与其抗氧化的作用密切相关。 免疫组化和Western Blot检测各组实验小鼠主动脉的MMP-2、MMP-9蛋白表达水平。结果发现AngⅡ诱导的细胞MMP2表达水平的升高与H2O2所诱导的MMP2的表达上升是接近的,并且活性氧的清除剂NAC和UDCA一样也显著抑制AngⅡ引起的MMP2上调,这说明UDCA的保护作用与其抗氧化的作用密切相关。 检测细胞炎症水平:用ELISA检测细胞培养基中的TNF-α、IL-10、IL-1β和IFN-γ的含量,结果发现UDCA减少了AngⅡ诱导的平滑肌细胞TNF-α的分泌,但是没有影响AngⅡ诱导的平滑肌细胞IL-10, IFN-γand IL-1β的分泌变化。 结论: 1、UDCA显著抑制了AngⅡ所致的主动脉夹层的发生率和主动脉直径扩大。 2、UDCA抑制了AngⅡ诱导的内膜损伤、弹性蛋白的断裂和排列紊乱,抑制了外膜肥厚。 3、UDCA显著抑制了AngⅡ诱导的ApoE敲除小鼠血清和主动脉组织中氧化应激相关指标,包括下调NADPH亚单位的表达、减少血和主动脉组织中MDA水平,提高血和主动脉组织中SOD水平和CAT水平,以及主动脉组织中SOD和CAT的蛋白表达。 4、UDCA显著抑制了ApoE敲除小鼠血清中炎症促进因子的水平,并明显减轻了主动脉组织单核巨噬细胞浸润。 5、UDCA显著减少了AngⅡ诱导ApoE-/-小鼠主动脉组织凋亡和基质金属蛋白酶(MMP2和MMP9)的表达和活性。 6、UDCA显著抑制了AngⅡ诱导的平滑肌细胞的氧化应激。 7、UDCA显著减少了AngⅡ诱导平滑肌细胞的凋亡,并且这种保护作用与其抗氧化作用密切相关。 8、本实验所取得的研究成果为主动脉夹层的预防和治疗提供了新的思路和策略。