碘化N-正丁基氟哌啶醇通过ROS/MAPK/Egr-1通路保护缺氧复氧心脏微血管内皮细胞

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我课题组合成的新化合物碘化N-正丁基氟哌啶醇(N-n-butyl haloperidol iodide,F2)具有拮抗心肌缺血再灌注(ischemia/reperfusion,I/R)和心肌细胞/微血管内皮细胞缺氧复氧(hypoxia/reoxygenation,H/R)损伤的作用,其主要机制包括阻断细胞膜钙通道及抑制早期生长反应基因-1(early growth response gene-1,Egr-1)过表达。进一步研究发现,F2在抑制Egr-1表达的同时还可以提高心肌组织超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性、降低丙二醛(malonaldehyde,MDA)含量,间接表明F2对ROS起着负性调节作用,而给予Egr-1反义寡核苷酸也有相同作用,表明在H/R时Egr-1表达与ROS之间存在一定的关系。据文献报道,I/R或H/R时,ROS可以激活丝裂原活化蛋白激酶家族(mitogen-activated protein kinases,MAPKs)。本课题组的前期研究表明体外心肌细胞H/R时,存在ROS/JNK/Egr-1信号通路,F2可通过调节此信号通路拮抗H/R损伤。本研究以MAPK三条通路为切入点,借助于大鼠心脏另一主要组成成分-微血管内皮细胞H/R模型,探讨H/R时,微血管内皮细胞内是否存在ROS/MAPK/Egr-1信号通路以及F2是否可以通过调节此通路起到拮抗H/R损伤的作用,这将进一步补充和完善F2抗心肌I/R损伤的作用机制,提高其研发价值。  方法:  1.大鼠心脏微血管内皮细胞(以下简称微血管内皮细胞)原代培养及鉴定:倒置荧光显微镜下观察培养的微血管内皮细胞形态结构,采用免疫荧光法,对微血管内皮细胞进行鉴定。  2.将培养的微血管内皮细胞随机分为以下几组:对照(control)组、control+ROS生成剂黄嘌呤氧化酶/次黄嘌呤(con+XO/HX)组、control+JNK/p38激动剂茴香霉素(con+ANISO)组、control+ERK1/2激动剂表皮生长因子(con+EGF)组、缺氧复氧(H/R)组、H/R+ROS清除剂依达拉奉(H/R+EDA)组、H/R+ROS清除剂N-乙酰基-L-半胱氨酸组(H/R+NAC)组、H/R+JNK抑制剂SP600125(H/R+SP600125)组、H/R+p38抑制剂SB203580(H/R+SB203580)组、H/R+ERK1/2抑制剂U0126(H/R+U0126)组、H/R+F2组、H/R+F2+XO/HX(H/R+F2+XO/HX)组、H/R+F2+ANISO(H/R+F2+ANISO)组、H/R+F2+EGF(H/R+F2+EGF)组。control组于实验前换用新鲜培养基持续培养细胞4 h;con+XO/HX组、con+ANISO组、con+EGF组分别于培养基中加入 XO/HX(1 mU/ml/1.2×10-4 M、3 mU/ml/3.6×10-4 M、5 mU/ml/6×10-4 M)、ANISO(40 ng/ml)、EGF(50 ng/ml)常氧培养1 h;H/R组细胞换用被高纯氮气饱和30 min的缺氧液,置缺氧盒中37℃密闭培养3 h,然后换用正常培养基于常规条件下培养细胞1 h,建立H/R损伤模型;H/R+EDA组、H/R+NAC组于缺氧前30 min、缺氧液及复氧培养基中分别给予EDA(5×10-5 M、1×10-4 M、2×10-4 M)、NAC(2×10-5 M、1×10-4 M、5×10-4 M);H/R+F2组于缺氧前30 min和缺氧阶段给予F2(10-7 M、10-6 M、10-5 M),复氧阶段不再给药;H/R+SP600125组、H/R+SB203580组、H/R+U0126组分别于缺氧前45 min给予SP600125(1×10-5 M)、SB203580(2×10-5 M)、U0126(1×10-5 M);H/R+F2+XO/HX组、H/R+F2+ANISO组和H/R+F2+EGF组于缺氧前孵育F2(10-6 M)30 min,缺氧阶段共同孵育F2+XO(1 mU/ml)/HX(1.2×10-4 M)、F2+ANISO(40 ng/ml)、F2+EGF(50 ng/ml)3 h,复氧阶段不再给药。  3.流式细胞仪法检测微血管内皮细胞内ROS水平:明确H/R时,细胞内ROS的生成情况,以及F2对其调节作用。  4. Western-blot方法检测微血管内皮细胞内Egr-1、磷酸化JNK(p-JNK)、JNK、磷酸化ERK1/2(p-ERK1/2)、ERK1/2、磷酸化p38(p-p38)和p38蛋白的表达的变化:分别借助ROS、JNK、p38和ERK1/2的激动剂和抑制剂,明确ROS/MAPK/Egr-1信号通路是否参与微血管内皮细胞H/R损伤及F2于其中的作用。  5. Real-Time PCR方法检测微血管内皮细胞内Egr-1 mRNA水平,与蛋白水平上Egr-1变化相互辅证。  6.免疫荧光法检测H/R时,Egr-1蛋白的核转位情况以及F2、ROS清除剂、MAPK抑制剂对H/R时Egr-1蛋白核转位的影响。明确在相应刺激下Egr-1作为转录因子的核转位情况。  7.凝胶迁移实验检测H/R时,Egr-1转录因子活性变化以及F2对其调节作用。  8.硫代巴比妥酸法和发光法检测H/R时微血管内皮细胞内MDA含量和GSH/GSSG比例变化以及ROS清除剂NAC、MAPK抑制剂U0126、SP600125、SB203580和F2对其的影响;MTT法检测H/R时微血管内皮细胞存活率以及MAPK抑制剂U0126、SP600125、SB203580和F2对其的调节作用。通过氧化应激损伤指标以及细胞生存率探讨ROS/MAPK/Egr-1通路于H/R中的作用。  结果:  1. H/R促使微血管内皮细胞内ROS生成增多,ERK1/2、JNK、p38激活,Egr-1 mRNA和蛋白高表达,Egr-1核转位和DNA结合活性增加;F2能使H/R所致的ROS含量降低,下调H/R所致p-JNK、p-p38、p-ERK1/2、Egr-1 mRNA及蛋白的高表达,且呈一定的剂量依赖性,并可使Egr-1核转位和DAN结合活性降低。  2. ROS清除剂可降低微血管内皮细胞H/R时ROS含量,下调H/R所致JNK、p38、ERK1/2活化,同时降低Egr-1 mRNA和蛋白的高表达,NAC可减少H/R时Egr-1的核转位;ROS生成剂XO/HX可使得微血管内皮细胞内ROS、p-JNK、p-p38、p-ERK1/2、Egr-1 mRNA以及蛋白表达升高,并可拮抗F2对H/R时ROS含量、MAPK激活以及Egr-1蛋白表达的抑制作用。  3. JNK、p38、ERK1/2抑制剂SP600125、SB203580、U0126均可抑制H/R时Egr-1蛋白的高表达,并减少H/R时Egr-1蛋白的核转位;JNK与p38共同激动剂ANISO、ERK1/2激动剂EGF可刺激微血管内皮细胞内Egr-1高表达,并可拮抗F2对H/R时MAPK激活和Egr-1蛋白表达的抑制作用。  4. ROS清除剂、MAPK抑制剂、F2可降低H/R引起的MDA高水平,升高GSH/GSSG比例,MAPK抑制剂、F2可提高细胞生存率。  结论:  1. H/R可导致心脏微血管内皮细胞ROS/Egr-1信号通路激活,JNK、p38及ERK1/2的活化于此通路中起了重要的介导作用。  2. F2对H/R所致的ROS/MAPK/Egr-1信号通路活化具有调节作用,这可能是其拮抗心肌I/R损伤的一个重要机制。
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