甘松干预Ang II损伤心脏微血管内皮细胞、2K1C高血压心脏损害机制研究及基于NMR代谢组学分析

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目的:  第一部分:构建大鼠心脏微血管内皮细胞(CMVECs)原代培养、鉴定平台;通过对细胞活力、凋亡率、凋亡相关蛋白Bcl-2、caspase-3表达及细胞NO、LDH、SOD、GSH-Px、MDA的研究,探讨甘松醇提取物(NCBEE)和水提取物(NCBAE)对AngⅡ所致CMVECs损伤的影响。  第二部分:建立2K1C肾血管性高血压大鼠模型;通过对各组大鼠SBP、心脏超声、凋亡相关蛋白表达及血清指标等的检测和分析,研究NCBEE、NCBAE对2K1C高血压大鼠心脏损害的影响。  第三部分:采用代谢组学技术研究NCBEE和NCBAE干预后各组大鼠血清代谢物的变化,探讨药物对2K1C高血压大鼠可能的作用机制。  方法:  第一部分:(1)选用雄性Wistar大鼠,用剪切、酶消化法从大鼠左心室肌组织分离和培养CMVECs,并对细胞进行Ⅷ因子、vWF相关抗原荧光免疫染色鉴定。(2)MTT法检测AngⅡ对CMVECs活力的影响;采用流式仪检测AngⅡ不同干预时间对细胞凋亡率的影响;Western blot法检测各组细胞 Bcl-2、caspase-3蛋白表达情况。(3)实验分为Con、AngⅡ、AngⅡ+Ator、Ang II+NCBEE(H)、Ang Ⅱ+NCBEE(M)、AngⅡ+NCBEE(L)、AngⅡ+NCBAE(H)、AngⅡ+NCBAE(M)和AngⅡ+NCBAE(L)组;采用MTT法检测NCBEE、NCBAE对受损CMVECs活力的影响;TUNEL法检测各组细胞凋亡率的变化;Western blot法检测各组细胞Bcl-2、caspase-3蛋白表达情况;检测和分析药物对细胞上清液NO含量、LDH、GSH-Px活力、MDA含量,及细胞SOD活力的影响。  第二部分:选用血压正常的健康雄性Wistar大鼠108只,随机分为Sham组(n=12)和模型组(n=96)。采用“U”型银夹对模型组大鼠造成左侧肾动脉狭窄,建立2K1C高血压大鼠模型,Sham组仅游离左肾动脉,不予狭窄。将复制成功的96只2K1C高血压大鼠,随机分为2K1C、2K1C+Ator、2K1C+NCBEE(H)、2K1C+NCBEE(M)、2K1C+NCBEE(L)、2K1C+NCBAE(H)、2K1C+NCBAE(M)和2K1C+NCBAE(L)组。术后第7w开始连续给药6w。每周测1次尾动脉SBP,观察各组大鼠SBP的变化;采用超声心动图检查,观察药物对2K1C高血压大鼠左室结构及功能的影响;分析NCBEE、NCBAE对模型大鼠左室质量指数的影响;采用HE染色法,镜下观察各组大鼠心肌细胞形态学改变,及细胞CSA变化;Western blot法检测各组大鼠左心室组织Bcl-2、Caspase-3表达情况;并检测和分析各组血清NO含量、LDH、SOD、GSH-Px活力及MDA含量变化。  第三部分:2K1C肾血管性高血压大鼠模型的建立及实验分组同第二部分。连续给药6周后取各组大鼠血清,采用核磁共振波谱仪测定血清标本的1H-NMR谱,对所有的图谱行傅立叶变换后进行基线和相位的调整,分段自动积分。用SIMCA-P+11软件采用正交偏最小二乘判别分析法进行分析,寻找各组血清中的差异性代谢成分,并作出相关代谢途径的可能解释。  结果:  第一部分:(1)采用机械剪切、酶消化及过滤的方法,可成功获得大鼠CMVECs,镜下细胞形成单层后呈典型的“鹅卵石”样排列。(2)CMVECs经0.01、0.1、1和10μmol·L-1浓度AngⅡ干预后,细胞形态细长或皱缩变形,排列无规律性,细胞活力呈浓度依赖性下降,随AngⅡ药物浓度的增高而减弱(P<0.05;余均P<0.01),当1μmol·L-1 AngⅡ干预时间超过20h后,除可导致损伤性细胞形态改变外,形成管腔样结构的能力明显减弱;凋亡检测结果发现,细胞凋亡率随AngⅡ干预时间(4h、8h至24h)的延长而逐渐增高(P<0.05;余均P<0.01);Western blot结果显示, AngⅡ干预(8h、12h至20h)后Bcl-2表达降低(均P<0.01),cleaved caspase-3表达上调(均P<0.01),呈时间依赖性,提示AngⅡ能够通过上调cleaved caspase-3、下调Bcl-2蛋白表达诱导细胞凋亡。(3)与Con组比较,AngⅡ组细胞形态细长、皱缩变形,细胞数量减少,细胞活力降低(P<0.01);与AngⅡ组相比,高、中、低浓度NCBEE、高浓度NCBAE预处理后,细胞形态结构得到一定的保护,细胞活力得到改善(均P<0.01)。凋亡检测结果显示,AngⅡ组凋亡率较Con组增高(25.55±3.23% vs2.26±0.89%,P<0.01);与AngⅡ组比较,AngⅡ+NCBEE(H)(P<0.01)、AngⅡ+NCBEE(M)(P<0.01)、AngⅡ+NCBEE(L)(P<0.01)及AngⅡ+NCBAE(H)(P<0.01)、AngⅡ+NCBAE(M)组(P<0.01)凋亡率降低。Western blot结果发现, AngⅡ损伤组CMVECs Bcl-2蛋白表达水平较Con组下降(0.22±0.03 vs0.71±0.09,P<0.01),cleaved caspase-3表达上调(0.55±0.06 vs0.20±0.02,P<0.01);与AngⅡ组比较,Ang II+NCBEE(H)、(M)及AngⅡ+NCBAE(H)、(M)组Bcl-2蛋白表达上调,cleaved caspase-3表达下降(均P<0.01),提示两种NCB提取物可能通过调节Bcl-2、caspase-3表达,抑制凋亡而发挥细胞保护效应。此外,与Con组比较,AngⅡ组NO含量(30.67±2.42μmol/L vs59.03±8.99μmol/L,P<0.01)、SOD活力(113.89±9.34 U/mgprot vs165.05±23.05 U/mgprot,P<0.01)、GSH-Px活力(21.49±2.56 U/ml vs55.42±5.95 U/ml,P<0.01)降低,LDH活力(864.61±45.94 U/L vs456.01±46.89 U/L,P<0.01)、MDA浓度(2.41±0.29nmol/ml vs1.42±0.24nmol/ml, P<0.01)增高;但经NCBEE、NCBAE预处理后,NO含量(P<0.01)、SOD活力(P<0.05)、GSH-Px活力(P<0.01)增高,LDH活力(P<0.05)、MDA浓度(P<0.01)降低,减轻细胞损伤,改善细胞功能。  第二部分:在体研究中,与Sham组比较,术后6w2K1C组大鼠SBP增高较明显;经药物干预后,与2K1C组比较,NCBEE(H)、(M)、和NCBAE(H)、(M)组SBP降低,提示该药物具有一定的降压效应。心脏超声结果显示,与Sham组相比,模型组大鼠LVPWd(1.72±0.28mm vs1.55±0.24mm,P<0.05)、LVPWs(2.78±0.16mm vs2.52±0.31mm,P<0.01)、IVSd(1.89±0.28mm vs1.44±0.23mm,P<0.01)、IVSs(2.92±0.29mm vs2.51±0.31mm,P<0.01)增大,LVDd(5.83±0.39mm vs6.62±0.52mm,P<0.01)、LVEF(59.71±7.65%vs70.20±5.05%,P<0.01)和LVFS(33.89±6.81%vs39.17±3.73%,P<0.05)减低;药物干预6 w后,2K1C+NCBEE(H)、2K1C+NCBAE(H)组LVPWd(均P<0.05)、LVPWs(P<0.05;P<0.01)、IVSd(均P<0.01)和IVSs(均P<0.05)均较2K1C组减小,LVEF(均P<0.01)增高,提示NCBEE、NCBAE对高血压大鼠左室重构有一定的改善作用。此外,2K1C组大鼠LVW、LVW/BW较Sham组增高(均P<0.01),心肌细胞CSA增大(P<0.01);而经NCBEE(H)、NCBAE(H)干预后,LVW、LVW/BW减低,细胞CSA减小,心肌细胞形态结构得到一定的改善。心室组织凋亡相关蛋白检测结果显示,2K1C组较Sham组Bcl-2表达下降(0.21±0.03 vs0.65±0.07,P<0.01), Cleaved caspase-3表达上调(0.58±0.04 vs0.19±0.02,P<0.01);该变化经由高、中剂量NCBEE和NCBAE干预后得到改善,使Bcl-2表达上调, cleaved caspase-3表达下降(均P<0.01)。血清指标检测结果示,2K1C组较Sham组血清NO浓度(36.56±5.32μmol/L vs83.43±5.08μmol/L,P<0.01)、SOD(24.38±4.15 U/ml vs43.92±3.26 U/ml,P<0.01)、GSH-Px(57.92±4.18 U/ml vs139.23±15.74 U/ml,P<0.01)活力降低,LDH活力(944.09±44.10 U/L vs582.45±19.97 U/L,P<0.01)、MDA浓度(13.56±1.39nmol/ml vs5.51±0.75nmol/ml,P<0.01)增高;而与2K1C组比较,NCBEE、NCBAE的干预可使血清NO浓度、SOD、GSH-Px活力增高,LDH活力、MDA浓度降低。前述研究结果提示,NCBEE、NCBAE可能通过对SBP、心室肥厚、凋亡和各血清指标的调节,改善2K1C高血压所致心脏损害。  第三部分:2K1C模型组血清代谢组学鉴定出13种化合物,包括亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、α-葡萄糖、β-葡萄糖、糖蛋白、不饱和脂类、肌酸、β-羟丁酸、丙酮酸、柠檬酸。其中亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸含量降低,α-葡萄糖、β-葡萄糖、糖蛋白、不饱和脂类降低;肌酸、β-羟丁酸、丙酮酸、柠檬酸的含量增高,较Sham组差异均有统计学意义。然而,NCBEE、NCBAE的干预可使2K1C大鼠血清亮氨酸、异亮氨酸、酪氨酸增高;NCBAE还可使缬氨酸、苯丙氨酸含量增高,表明药物的干预对体内氨基酸代谢有一定的改善作用。NCBEE、NCBAE使血清糖蛋白、α-葡萄糖、β-葡萄糖含量增高,β-羟丁酸减低;NCBEE可降低血清丙酮酸、柠檬酸和肌酸。此外,NCBEE还可使血清不饱和脂类含量增高。  结论:  第一部分: NCBEE和NCBAE可改善AngⅡ损伤CMVECs的活力,对细胞凋亡有一定的抑制效应,其机制可能与上调Bcl-2、下调caspase-3表达水平有关,并可调节NO、MDA浓度及LDH、SOD、GSH-Px活力,发挥细胞保护作用。  第二部分:成功建立2K1C肾血管性高血压大鼠模型;NCBEE、NCBAE可能通过调节血压和血清NO、LDH、SOD、GSH-Px、MDA,及调控Bcl-2和caspase-3蛋白表达而发挥心脏保护效应,并在一定程度上逆转左室肥厚,改善心功能。  第三部分:2K1C模型组与Sham组间的差异性代谢物可能成为肾血管性高血压的疾病标志物;NCBEE、NCBAE对调节2K1C高血压大鼠体内氨基酸、糖、脂代谢,改善大鼠机体的病理代谢状态有一定的作用。
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