PDGFs/PDGFRs信号通路在去氧皮质酮诱导的大鼠心肌纤维化中的作用及其可能的机制研究

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研究背·景和目的:心肌纤维化(Myocardial fibrosis,MF)是心肌间质中类成纤维细胞过量增殖和细胞外基质(ECM)沉积与降解失衡的病理过程,是多种心血管疾病的终末病理表现。Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白是导致MF的主要胶原蛋白类型。心肌纤维化一方面可致心室壁僵硬度增加、舒张顺应性下降,早期出现舒张期充盈受限,晚期导致心肌收缩功能损害,促发心力衰竭;另一方面由于纤维化心肌组织的电传导异常,常可导致多种恶性心律失常的发生,甚至是猝死。目前认为,心肌纤维化与肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)、成纤维细胞、氧化应激、炎症反应和生长因子等有关,是各种刺激诱导的慢性炎症反应的最终结局。目前已经得到公认的是心肌纤维化发生与体内肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)作用密切相关,血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)和AngⅡ受体抑制剂(ARB)类药物临床应用的相关研究结果显示两者均具有一定减轻或逆转心肌纤维化、心室重塑及改善心血管疾病预后的作用,反映出RAAS在MF发生、发展过程中的重要作用地位。近年来作为RAAS下游组成部分的醛固酮(Aldosterone;ALD)和去氧皮质酮(Deoxycorticosterone;DOCA)所代表的盐皮质激素导致心肌纤维化发生的观点得到更多研究证实,但其具体作用的分子机制仍不清楚,相关研究已成为心肌纤维化防治领域的热点。既往在去氧皮质酮诱导的盐敏感性高血压大鼠心肌纤维化模型中进行的研究表明,盐皮质激素增多能够诱导产生心肌纤维化,而且发现DOCA/salt诱导的大鼠心肌纤维化中PDGFs/PDGFRs信号通路参与了心肌纤维化的形成,观察到心肌组织炎症反应增加的现象。抑制单核/巨噬细胞的浸润可以减少心肌纤维化,表明炎症反应在心肌纤维化中发挥作用。然而心肌组织的炎症反应是否与PDGFs/PDGFRs信号通路有关,尚没有相关文献报道。此外,PDGFs/PDGFRs信号通路通过何种途径参与心肌纤维化进程目前尚不清楚。已有研究显示,心脏成纤维细胞有潜在分化成肌成纤维细胞的作用,且在心肌梗死后心肌纤维化的研究中推测PDGFs/PDGFRs信号通路调节心肌纤维化进程很可能是通过直接刺激成纤维细胞增殖并转化为肌成纤维细胞,大量合成胶原蛋白的结果。但体内研究尚未得到证实。本研究通过建立去氧皮质酮诱导的盐敏感性高血压大鼠心肌纤维化模型,观察心肌组织的单核/巨噬细胞浸润、PDGFs及其受体PDGFRs表达情况、PDGFRs细胞表达类型以及心脏成纤维细胞和肌成纤维细胞的数量变化,并进一步分别采用法舒地尔和伊马替尼进行干预性治疗,探讨醋酸去氧皮质酮(DOCA)诱导的盐敏感性高血压大鼠心肌纤维化中炎症反应增加是否能够过度激活血小板源性生长因子(PDGFs)信号通路和PDGFs/PDGFRs信号通路在去氧皮质酮(DOCA)诱导的盐敏感性高血压大鼠心肌纤维化的作用及其对心脏成纤维细胞和肌成纤维细胞的影响。实验方法:1.实验动物分组:实验开始阶段给予大鼠10%水合氯醛(400mg·kg-1)腹腔麻醉,行右肾切除术,术后1周开始给予1%氯化钠及0.2%氯化钾饮水,随机分为4组,每组10或20只:(1)对照组(CON组):注射用大豆油4天一次皮下注射及蒸馏水每天灌胃一次;(2)去氧皮质酮组(DOCA组):去氧皮质酮60mg·kg-1·4d-1皮下注射及蒸馏水每天灌胃一次;(3)去氧皮质酮+伊马替尼组(DOCA+IMA组):去氧皮质酮60mg·kg-1·4d-1皮下注射,同时给予伊马替尼60mg·kg-1·d-1灌胃,每天一次;(4)去氧皮质酮+法舒地尔组(DOCA+FAS组):去氧皮质酮60mg·kg-1·4d-1皮下注射,同时给予法舒地尔10mg·kg-1·d-1灌胃,每天两次。其中CON组灌胃用蒸馏水体积与另两组灌胃药物所溶蒸馏水体积相同,CON组皮下注射大豆油体积与另两组皮下注射药物所溶大豆油体积相同。2.血压测定:使用尾套法测定大鼠动脉收缩压(SBP),分别于干预前、干预第14天及第28天尾套法测定各组大鼠收缩压。3.苏木精-伊红(HE)染色观察心肌组织炎症反应情况。4.苦味酸-天狼猩红染色观察大鼠心肌间质纤维化程度和心肌血管周围胶原面积(PVCA)/血管腔面积(VA)比值。5.实时荧光定量PCR法检测心肌组织成纤维细胞特异蛋白-1(FSP-1,S100A4)、α-平滑肌动蛋白(α-SMA)、前胶原蛋白Ⅰ(procollagenⅠ)、前胶原蛋白Ⅲ(procollagenⅢ)、PDGF-A、PDGF-B、PDGF-C、PDGF-D、PDGFRα及PDGFRβ的mRNA含量。6.免疫组化法观察心肌组织单核巨噬细胞抗原(ED-1)、心肌组织波形蛋白(vimentin)、α-平滑肌动蛋白(α-SMA)以及血小板源性生长因子受体(PDGFRα、PDGFRβ)及磷酸化的PDGFRβ(p-PDGFRβ)蛋白表达。7.免疫荧光法定位PDGFRα、PDGFRβ表达的细胞类型。实验结果:(1)干预第14天DOCA组和DOCA+FAS组大鼠SBP显著升高,两组相比无明显差异(P>0.05),但均显著高于CON组(P<0.01)。干预第14天和第28天血压测定结果显示DOCA及DOCA+IMA组大鼠SBP均明显高于CON组(P<0.01),而DOCA组与DOCA+IMA组SBP无差异(P>0.05)。(2)干预第14天DOCA组炎症反应、ED-1较CON组明显增加,PDGF-A、PDGF-B、PDGF-C、PDGFRα、PDGFRβ mRNA的表达不同程度增加,PDGFRα、PDGFRβ蛋白表达也增加(P<0.01),而PDGF-D mRNA表达未增加,使用具有抗炎作用的法舒地尔后,DOCA+FAS组炎症反应较DOCA组明显减少,PDGF-A、PDGF-B、PDGF-C、PDGFRα mRNA的表达、PDGFRα蛋白表达减少,有统计学意义(P<0.01),但PDGFRβ mRNA和蛋白表达未见明显降低(P>0.05)。(3)干预第28天DOCA组心肌间质纤维化程度和PVCA/VA比值明显高于CON组(P<0.01),DOCA+IMA组心肌间质纤维化程度和PVCA/VA比值虽高于CON组(P<0.05),但较DOCA组显著减小(P<0.01)。(4)干预第14天DOCA组较CON组PDGFRα、PDGFRβ mRNA表达增加(P<0.01),DOCA+IMA组较DOCA组PDGFRα、PDGFRβ mRNA表达减少(P<0.01)。干预第28天与CON组相比,DOCA组PDGFRβ、FSP-1、α-SMA、procollagenⅠ、procollagenⅢ mRNA表达明显增加(P<0.01),而PDGFRα mRNA表达未见明显增加,组内比较显示PDGFRβ mRNA表达大于PDGFRα,DOCA+IMA组较DOCA组PDGFRβ、FSP-1、α-SMA、procollagenⅠ、procollagenⅢmRNA表达减少(P<0.01)。(5)干预第14天与CON组相比,DOCA组PDGFRα、PDGFRβ蛋白表达增加(P<0.01),DOCA+IMA组较DOCA组PDGFRα蛋白表达减少(P<0.01)。干预第28天与CON组相比,DOCA组PDGFRβ、p-PDGFRβ蛋白表达明显增加(P<0.01),而PDGFRα蛋白表达量未见明显增加(P>0.05),DOCA+IMA组较DOCA组PDGFRβ、p-PDGFRβ蛋白表达减少(P<0.01)。干预第28天,CON组大鼠心脏间质主要是vimentin阳性的成纤维细胞,α-SMA表达的很少,DOCA组大鼠α-SMA阳性的梭形细胞(显然是肌成纤维细胞)数量明显增加(P<0.01),DOCA+IMA组较DOCA组肌成纤维细胞数量均减少(P<0.05)。结论:1. PDGFRα主要在心肌纤维化早期发挥作用,PDGFRβ在全程均起作用,而且对血管纤维化也有作用。2. PDGFRα和PDGFRβ表达主要位于心肌成纤维细胞和肌成纤维细胞中。3. DOCA诱导的盐敏感性高血压大鼠心肌成纤维细胞的大量增殖,肌成纤维细胞亦明显增加。4.单核巨噬细胞、成纤维细胞和肌成纤维细胞在DOCA诱导的大鼠心肌纤维化中起着关键作用。5. DOCA诱导的盐敏感性高血压大鼠心肌纤维化模型中,大量胶原蛋白沉积于心肌间质,应用酪氨酸激酶受体抑制剂可抑制PDGFRs活性,减少成纤维细胞、肌成纤维细胞及胶原蛋白含量。6.在动脉血压无明显差异的情况下,DOCA+IMA组大鼠心肌组织CVF及PVCA值较DOCA组均显著减小,说明伊马替尼可不依赖于降低血压抑制心肌纤维化发生。7. DOCA诱导的盐敏感性高血压大鼠心肌间质有明显的炎症反应,炎症反应和PDGFs/PDGFRα信号通路均参与其中,伴随着炎症反应的减少,PDGFs/PDGFRα信号通路的表达随之减少,表明PDGFs/PDGFRα信号通路的过度激活与心肌炎症反应有关。8. DOCA诱导的盐敏感性高血压大鼠心肌纤维化可能机制是DOCA刺激单核/巨噬细胞上的盐皮质激素受体(MR)过度激活致使单核/巨噬细胞浸润,炎症反应增加,单核/巨噬细胞等炎症细胞增殖、募集渗出并分泌大量PDGFs,同时成纤维细胞亦分泌PDGFs,激活并结合成纤维细胞上的PDGFRs,打开PDGFs/PDGFRs信号通路,过度激活的PDGFs/PDGFRs信号通路激发成纤维细胞的增殖和转化生成肌成纤维细胞,此两种细胞大量合成胶原蛋白沉积于心肌间质,从而促进心肌纤维化。应用法舒地尔或伊马替尼后,可分别阻断炎症反应或PDGFs/PDGFRs信号通路,减少肌成纤维细胞细胞数量,减轻心肌纤维化程度。
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