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目的:
肺动脉高压(Pulmonary Hypertension,PH)是一种严重的致死性疾病,伴随着肺血管阻力和肺动脉压力的逐渐升高,导致右心室重构和右心衰竭。高原低氧性肺动脉高压(Hypoxic Pulmonary Hypertension,HPH)也称高原性心脏病,是高原地区常见的一种肺动脉高压类型,持续的肺动脉高压可导致右心室压力增高,右心室肥厚,心肌间质纤维化,发生右心重构,并最终导致心力衰竭和死亡。右心功能是低氧性肺动脉高压患者预后好坏的判断指标。通过减轻心脏后负荷或直接保护右心室的结构和功能,已成为治疗PH的研究热点。
肾素-血管紧张素系统(Renin-angiotensinSystem,RAS)是体内重要的内分泌系统,RAS系统的ACE/AngⅡ/AT1R轴和ACE2/Ang(1-7)/Mas轴相互制衡,相互协调,在心血管疾病的发生发展中处于一种动态平衡状态。RAS系统分为循环血浆RAS与局部组织RAS两大类。研究显示RAS系统稳态失衡参与低氧性肺动脉高压的发生过程,心肌组织内RAS不仅对心血管稳态的维持具有重要作用,且与心室重构密切相关。
藏药三味檀香散(Tsantan Sumtang,TS)记载于藏医经典巨著《四部医典》,是由广枣、檀香、肉豆蔻3味药材组成,具有清热、祛风、养心的作用,因此用于治疗心热病(西医的心绞痛)和心力衰竭的常用藏药之一。传统研究和应用只限于三味檀香散对左心结构和功能的保护。本课题组的前期研究发现,三味檀香散可以降低HPH大鼠的平均肺动脉压,而且也发现它下调右心室中AngII的表达水平,为进一步分析和揭示三味檀香散对HPH大鼠是否通过RAS系统直接作用于右心室,进行了本课题的研究。本研究通过构建低氧性肺动脉高压动物模型,旨在明确(1)三味檀香散是否直接作用于低氧性肺动脉高压大鼠右心室结构的影响;(2)三味檀香散对低氧性肺动脉高压大鼠右心室结构的影响与RAS系统ACE/AngⅡ/AT1R轴和ACE2/Ang(1-7)/Mas轴稳态的关系;(3)研究三味檀香散的主要化学成分。
方法:
1.将大鼠置于低压氧舱(模拟海拔4500m高度的高原低氧环境)中28天,构建低氧性肺动脉高压大鼠模型。三味檀香散处理组是将大鼠暴露在低压氧舱中,并分别每天接受1.0g·kg-1、1.25g·kg-1、1.5g·kg-1TS灌胃处理28天。用肺动脉插管与生理记录仪检测右心室收缩压(RVSP)、右心室舒张末压(RVEDP)、右室等容收缩期心室内压力上升最大速率(+dp/dtmax)、平均肺动脉压(mPAP)、心率(HR);用血细胞分析仪测定血细胞的水平;
2.用称重法计算右心室肥厚参数:右心肥厚指数(RVHI)、右心室重量指数(RVMI)、右心室重量与胫骨长度的比值(RV/TL);用HE染色和透射电镜(transmission electron microscopy,TEM)观察右心室组织形态学变化和超微结构的变化;用天狼星红染色(picrosirius red staining,PSR)和免疫组化染色(immunocytochemistry,IHC)观察右心室胶原沉积和胶原表达情况,用Western blotting分析右心室I型胶原(collagen I)、III型胶原(collagen III)表达,用化学法测定右心室羟脯氨酸(hydroxyproline)含量。
3.用免疫组化法、Elisa、Western blotting、qRT-PCR分析ACE、AngII、AT1R、ACE2、Ang1-7、Mas蛋白和基因表达的水平。用Elisa检测右心室中儿茶酚胺类因子去甲肾上腺素(norepinephrine,NE)、肾上腺素(epinephrine,EPI)、多巴胺(dopamine,DA)的含量。
4.应用UHPLC-Q-Exactive静电场轨道阱高分辨质谱分析和鉴定三味檀香散的主要化学成分。
结果:
1.HPH大鼠模型构建情况:低氧28天后,低氧组大鼠的mPAP、RVHI较对照组显著增加(P<0.05),红细胞计数(RBC)、血红蛋白浓度(HGB)、红细胞比容(HCT)、平均红细胞容积(MCV)、红细胞分布宽度变异系数(RDW-CV)及红细胞分布宽度标准差(RDW-SD)均明显升高,血小板明显降低(P<0.05),低氧性肺动脉高压大鼠模型构建成功。
2.三味檀香散对HPH大鼠右心室收缩和舒张功能的影响:低氧组大鼠mPAP、RVSP、+dp/dtmax、RVDEP明显升高(vs control,P<0.05),心率无明显变化(P>0.05)。三味檀香散干预后,mPAP、RVSP、+dp/dtmax、RVDEP明显降低,与低氧组相比差异有显著性(P<0.05)。不同剂量组之间各指标差异有统计学意义(P<0.05)。
3.三味檀香散对HPH大鼠右心室肥厚和纤维化的影响:低氧28天后,低氧组大鼠RVHI、RVMI、RV/TL明显升高(P<0.05);心肌细胞明显肥大、心肌纤维间隙增宽、排列紊乱;线粒体肿胀呈圆形状,嵴紊乱,部分溶解,结构不完整;心肌间质胶原纤维明显沉积,collagen I、collagen III、羟脯氨酸明显增多,collagen I和collagen III比值增高。三味檀香散干预后,降低了HPH大鼠的RVHI、RVMI、RV/TL(P<0.05);心肌细胞肥大和线粒体损伤被改善,心肌细胞排列整齐、紧密,染色质分布基本均匀,结构基本完整;心肌间质胶原分布减少,CPA明显减少(vs hypoxia,P<0.05),collagen I、collagen III、collagen I和collagen III的比值及羟脯氨酸含量明显减少(P<0.05),1.0g/kg TS、1.25g/kg TS、1.5g/kg TS组之间各指标差异有统计学意义(P<0.05)。
4.三味檀香散对HPH大鼠RAS系统因子和儿茶酚胺类物质的影响:低氧组大鼠血清ACE、AngII升高,ACE2、Ang1-7下降;右心室组织中ACE、AngII、AT1R表达上调,ACE2、Ang1-7、Mas表达下调(P<0.05),右心室组织中ACE/ACE2,AngII/Ang1-7,AT1R/Mas比值升高,右心室组织NE、EPI、DA水平升高(P<0.05)。三味檀香散干预后,与低氧组相比,血清ACE、AngII、ACE2、Ang1-7变化不明显(P>0.05),右心室组织ACE、AngII、AT1R表达明显下调,ACE2、Mas表达明显上调(vs hypoxia,P<0.05),右心室组织ACE/ACE2,AngII/Ang1-7,AT1R/Mas比值明显下降(vs hypoxia,P<0.05)。右心室组织NE、EPI、DA水平降低(vs hypoxia,P<0.05)。
5.趋势分析显示,mPAP、RVSP随着三味檀香散剂量的增加呈现先下降后上升的趋势;RV/[LV+S]、RV/BW、collagen I和collagen III、羟脯氨酸水平随着三味檀香散剂量的增加呈现下降趋势。随着三味檀香散剂量的增加,ACE、AngII、AT1R蛋白表达呈现下降趋势,ACE2蛋白表达先上升后呈现平稳趋势;Mas蛋白表达呈现上升趋势。
6.三味檀香散水提物共鉴定出35种化学成分。其中黄酮类化合物及其苷类9种,萜类化合物5种,苯丙酸类化合物6种,酚类化合物10种,以及5种其他成分。
结论:
1.三味檀香散可降低HPH大鼠右心室纤维化,改善右心室肥厚,从而减缓HPH大鼠右心室重构的发生。
2.三味檀香散改善HPH大鼠右心室纤维化和右心室肥厚,其机制可能是通过抑制右心室组织RAS系统中促重构ACE-AngII-AT1R轴因子的表达和激活其抗重构ACE2-Ang(1-7)-Mas轴因子的表达水平,并恢复ACE-AngII-AT1R轴与ACE2-Ang(1-7)-Mas轴的平衡,同时还降低右心室组织内儿茶酚胺类物质(肾上腺素、去甲肾上腺素和多巴胺)的水平,综合发挥减轻右心室肥厚,降低右心室纤维化,从而减缓右心室重构的药理作用。
3.三味檀香散在剂量1.25g/kg和1.5g/kg下改善HPH大鼠右心室肥厚和纤维化作用明显,但在1.5g/kg下效果更优。
4.应用高分辨质谱,从三味檀香散水提物中鉴定出35种主要的化学成分。
肺动脉高压(Pulmonary Hypertension,PH)是一种严重的致死性疾病,伴随着肺血管阻力和肺动脉压力的逐渐升高,导致右心室重构和右心衰竭。高原低氧性肺动脉高压(Hypoxic Pulmonary Hypertension,HPH)也称高原性心脏病,是高原地区常见的一种肺动脉高压类型,持续的肺动脉高压可导致右心室压力增高,右心室肥厚,心肌间质纤维化,发生右心重构,并最终导致心力衰竭和死亡。右心功能是低氧性肺动脉高压患者预后好坏的判断指标。通过减轻心脏后负荷或直接保护右心室的结构和功能,已成为治疗PH的研究热点。
肾素-血管紧张素系统(Renin-angiotensinSystem,RAS)是体内重要的内分泌系统,RAS系统的ACE/AngⅡ/AT1R轴和ACE2/Ang(1-7)/Mas轴相互制衡,相互协调,在心血管疾病的发生发展中处于一种动态平衡状态。RAS系统分为循环血浆RAS与局部组织RAS两大类。研究显示RAS系统稳态失衡参与低氧性肺动脉高压的发生过程,心肌组织内RAS不仅对心血管稳态的维持具有重要作用,且与心室重构密切相关。
藏药三味檀香散(Tsantan Sumtang,TS)记载于藏医经典巨著《四部医典》,是由广枣、檀香、肉豆蔻3味药材组成,具有清热、祛风、养心的作用,因此用于治疗心热病(西医的心绞痛)和心力衰竭的常用藏药之一。传统研究和应用只限于三味檀香散对左心结构和功能的保护。本课题组的前期研究发现,三味檀香散可以降低HPH大鼠的平均肺动脉压,而且也发现它下调右心室中AngII的表达水平,为进一步分析和揭示三味檀香散对HPH大鼠是否通过RAS系统直接作用于右心室,进行了本课题的研究。本研究通过构建低氧性肺动脉高压动物模型,旨在明确(1)三味檀香散是否直接作用于低氧性肺动脉高压大鼠右心室结构的影响;(2)三味檀香散对低氧性肺动脉高压大鼠右心室结构的影响与RAS系统ACE/AngⅡ/AT1R轴和ACE2/Ang(1-7)/Mas轴稳态的关系;(3)研究三味檀香散的主要化学成分。
方法:
1.将大鼠置于低压氧舱(模拟海拔4500m高度的高原低氧环境)中28天,构建低氧性肺动脉高压大鼠模型。三味檀香散处理组是将大鼠暴露在低压氧舱中,并分别每天接受1.0g·kg-1、1.25g·kg-1、1.5g·kg-1TS灌胃处理28天。用肺动脉插管与生理记录仪检测右心室收缩压(RVSP)、右心室舒张末压(RVEDP)、右室等容收缩期心室内压力上升最大速率(+dp/dtmax)、平均肺动脉压(mPAP)、心率(HR);用血细胞分析仪测定血细胞的水平;
2.用称重法计算右心室肥厚参数:右心肥厚指数(RVHI)、右心室重量指数(RVMI)、右心室重量与胫骨长度的比值(RV/TL);用HE染色和透射电镜(transmission electron microscopy,TEM)观察右心室组织形态学变化和超微结构的变化;用天狼星红染色(picrosirius red staining,PSR)和免疫组化染色(immunocytochemistry,IHC)观察右心室胶原沉积和胶原表达情况,用Western blotting分析右心室I型胶原(collagen I)、III型胶原(collagen III)表达,用化学法测定右心室羟脯氨酸(hydroxyproline)含量。
3.用免疫组化法、Elisa、Western blotting、qRT-PCR分析ACE、AngII、AT1R、ACE2、Ang1-7、Mas蛋白和基因表达的水平。用Elisa检测右心室中儿茶酚胺类因子去甲肾上腺素(norepinephrine,NE)、肾上腺素(epinephrine,EPI)、多巴胺(dopamine,DA)的含量。
4.应用UHPLC-Q-Exactive静电场轨道阱高分辨质谱分析和鉴定三味檀香散的主要化学成分。
结果:
1.HPH大鼠模型构建情况:低氧28天后,低氧组大鼠的mPAP、RVHI较对照组显著增加(P<0.05),红细胞计数(RBC)、血红蛋白浓度(HGB)、红细胞比容(HCT)、平均红细胞容积(MCV)、红细胞分布宽度变异系数(RDW-CV)及红细胞分布宽度标准差(RDW-SD)均明显升高,血小板明显降低(P<0.05),低氧性肺动脉高压大鼠模型构建成功。
2.三味檀香散对HPH大鼠右心室收缩和舒张功能的影响:低氧组大鼠mPAP、RVSP、+dp/dtmax、RVDEP明显升高(vs control,P<0.05),心率无明显变化(P>0.05)。三味檀香散干预后,mPAP、RVSP、+dp/dtmax、RVDEP明显降低,与低氧组相比差异有显著性(P<0.05)。不同剂量组之间各指标差异有统计学意义(P<0.05)。
3.三味檀香散对HPH大鼠右心室肥厚和纤维化的影响:低氧28天后,低氧组大鼠RVHI、RVMI、RV/TL明显升高(P<0.05);心肌细胞明显肥大、心肌纤维间隙增宽、排列紊乱;线粒体肿胀呈圆形状,嵴紊乱,部分溶解,结构不完整;心肌间质胶原纤维明显沉积,collagen I、collagen III、羟脯氨酸明显增多,collagen I和collagen III比值增高。三味檀香散干预后,降低了HPH大鼠的RVHI、RVMI、RV/TL(P<0.05);心肌细胞肥大和线粒体损伤被改善,心肌细胞排列整齐、紧密,染色质分布基本均匀,结构基本完整;心肌间质胶原分布减少,CPA明显减少(vs hypoxia,P<0.05),collagen I、collagen III、collagen I和collagen III的比值及羟脯氨酸含量明显减少(P<0.05),1.0g/kg TS、1.25g/kg TS、1.5g/kg TS组之间各指标差异有统计学意义(P<0.05)。
4.三味檀香散对HPH大鼠RAS系统因子和儿茶酚胺类物质的影响:低氧组大鼠血清ACE、AngII升高,ACE2、Ang1-7下降;右心室组织中ACE、AngII、AT1R表达上调,ACE2、Ang1-7、Mas表达下调(P<0.05),右心室组织中ACE/ACE2,AngII/Ang1-7,AT1R/Mas比值升高,右心室组织NE、EPI、DA水平升高(P<0.05)。三味檀香散干预后,与低氧组相比,血清ACE、AngII、ACE2、Ang1-7变化不明显(P>0.05),右心室组织ACE、AngII、AT1R表达明显下调,ACE2、Mas表达明显上调(vs hypoxia,P<0.05),右心室组织ACE/ACE2,AngII/Ang1-7,AT1R/Mas比值明显下降(vs hypoxia,P<0.05)。右心室组织NE、EPI、DA水平降低(vs hypoxia,P<0.05)。
5.趋势分析显示,mPAP、RVSP随着三味檀香散剂量的增加呈现先下降后上升的趋势;RV/[LV+S]、RV/BW、collagen I和collagen III、羟脯氨酸水平随着三味檀香散剂量的增加呈现下降趋势。随着三味檀香散剂量的增加,ACE、AngII、AT1R蛋白表达呈现下降趋势,ACE2蛋白表达先上升后呈现平稳趋势;Mas蛋白表达呈现上升趋势。
6.三味檀香散水提物共鉴定出35种化学成分。其中黄酮类化合物及其苷类9种,萜类化合物5种,苯丙酸类化合物6种,酚类化合物10种,以及5种其他成分。
结论:
1.三味檀香散可降低HPH大鼠右心室纤维化,改善右心室肥厚,从而减缓HPH大鼠右心室重构的发生。
2.三味檀香散改善HPH大鼠右心室纤维化和右心室肥厚,其机制可能是通过抑制右心室组织RAS系统中促重构ACE-AngII-AT1R轴因子的表达和激活其抗重构ACE2-Ang(1-7)-Mas轴因子的表达水平,并恢复ACE-AngII-AT1R轴与ACE2-Ang(1-7)-Mas轴的平衡,同时还降低右心室组织内儿茶酚胺类物质(肾上腺素、去甲肾上腺素和多巴胺)的水平,综合发挥减轻右心室肥厚,降低右心室纤维化,从而减缓右心室重构的药理作用。
3.三味檀香散在剂量1.25g/kg和1.5g/kg下改善HPH大鼠右心室肥厚和纤维化作用明显,但在1.5g/kg下效果更优。
4.应用高分辨质谱,从三味檀香散水提物中鉴定出35种主要的化学成分。