心肌细胞条件性敲除BDNF对心脏病理性改变的研究

来源 :暨南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lemon616
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目的:1)对心肌细胞源性BDNF基因敲除对心脏可能的病理改变进行研究,以揭示心肌细胞源性BDNF在心脏结构与功能维持中的作用;2)对心肌细胞条件性敲除BDNF的心脏的缺血性心肌梗死进行研究,以揭示心肌细胞源性BDNF在缺血性心肌梗死中的功能角色。方法:将STOCK Bdnf(tm3Jae)/J小鼠(BDNFflox/flox)(靶基因正常表达,BDNF+/+)与B6.FVB-Tg(Myh6-cre)2182Mds/J工具鼠交配,获得心肌细胞条件敲除BDNF小鼠(MYH6-Cre-BDNF-/-)。1)通过提取全基因组DNA进行常规PCR扩增确定是否为敲除型或野生型。再利用langendorff酶消化分离方法得到心肌细胞后,分别提取心肌细胞条件性敲除BDNF和野生型(WT)小鼠心肌细胞总RNA进行q-PCR进一步鉴定BDNF mRNA水平的表达,提取总蛋白进行Western blot鉴定BDNF蛋白水平的表达,以确定基因敲除效率;2)使用超高分辨率小动物超声影像系统对小鼠的心功能进行评价;3)利用H&E染色及形态学分析等方法,比较心脏组织的病理变化以及心室腔大小的差异,并利用ImageJ对室腔面积进行统计分析;4)通过Massion’s Trichrome染色对心脏组织纤维化程度进行对比;5)通过WGA荧光染色,比较心肌细胞大小;6)Langendorff酶消化分离法获得单个心肌细胞并使用DAPI染核测定心肌细胞大小及核数目;7)使用q-PCR对小鼠左心室组织中心衰指标(心钠肽[ANP]、脑钠肽[BNP])和心肌肥大标志物(α-骨骼肌肌动蛋白[α-SMA]和β-肌球蛋白重链[β-MHC])的表达量进行定量分析;8)使用ELISA试剂盒检测心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠与WT小鼠血清中脑源性神经营养因子(BDNF)、脑钠素/脑钠尿肽(BNP)、氨基端前脑钠素(NT-proBNP)、半乳糖凝集素3(Galectin-3)、瘦素(LEP)、胰岛素(INS)的平均水平,并进行对比;9)使用血糖试纸法检测血糖;10)对心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠和WT小鼠进行缺血性心肌梗死建模,通过心功能评价并结合梗死面积、左心室室壁厚度的统计分析以及外周血中BDNF、BNP、INS、LEP和血糖的检测,探讨BDNF对心肌梗死的影响。11)应用SPSS 22.0和GraphPad Prism 7统计分析软件对心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠和WT小鼠的各项指标差异进行统计学分析。结果:(1)心肌细胞条件敲除BDNF纯合子小鼠心肌细胞中,BDNF基因和蛋白的表达量显著性低于WT小鼠(P<0.01)。(2)心肌细胞条件敲除BDNF后对胚胎的发育和小鼠的生殖影响并不明显,但相对WT小鼠(8个月内,存活率为78.8%),心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠的存活率显著性降低(8个月内,存活率为13.6%)(P<0.01)。(3)对2-8月龄雄性心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠体重(2月:26.41g;3月:27.10g;4月:29.21g;5月:30.93g;6月:30.75g;7月:30.98g;8月:30.90g)进行观察,发现其体重均比同龄WT小鼠(2月:22.99g;3月:24.07g:4月:26.98g;5月:27.57g;6月:27.88g;7月:27.67g;8月:29.10g)重。(4)自3月龄后,不论雌雄均会有一些心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠出现水肿而死亡,水肿主要是由于皮下、腹腔、胸腔积液所致,且三种积液的生化指标检测结果显示其生化指标的改变均符合蛋白和脂质蛋白水平明显下降的漏出液的主要特征,其水肿可能为低蛋白血症引起液体漏出。(5)对3月龄雄性心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠的心功能评价:心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠的左心室射血分数(LVEF)和左心室缩短分数(LVFS)显著性小于同龄同性别WT小鼠(P<0.01),而左心室收缩末期内径(LVIDs)、左心室舒张末期内径(LVIDd)、左心室收缩末期容积(LVESV)和左心室舒张末期容积(LVEDV)显著性大于WT小鼠(P<0.05),且出现水肿的心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠心功能下降更加明显,其LVEF和LVFS均显著性小于同龄同性别未出现水肿的心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠和WT小鼠(P<0.0001),而LVIDs、LVIDd、LVESV和LVEDV显著性大于同龄同性别未出现水肿的心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠和WT小鼠(P<0.01)。(6)心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠心脏体积,重量及心脏重量和心脏重量/体重比与WT小鼠的心脏比略为增大,但差异无统计学意义(P>0.05),而出现水肿的心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠心脏体积,重量和心重/体重的比值均显著性大于同龄同性别心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠和WT小鼠(P<0.001)。(7)心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠主要表现为左心室扩张,左心室壁变薄,其左心室前后壁厚度显著性小于同龄同性别WT小鼠(P<0.05),且左心室室腔面积显著性大于同龄同性别WT小鼠(P<0.05),右心室室腔面积略大于同龄同性别WT小鼠,但差异无统计学意义(P>0.05);而出现水肿的心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠的左心室前后壁厚度小于同龄同性别心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠,差异无统计学意义(P>0.05),但显著性小于WT小鼠(P<0.05),左心室室腔面积显著性大于同龄同性别心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠和WT小鼠(P<0.05),且右心室室腔面积显著性大于同龄同性别心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠和WT小鼠(P<0.001)。(8)组织学分析:心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠心肌层心肌细胞排列松弛,间质纤维增生,有炎症细胞浸润,部分心肌细胞呈严重的退行性改变,并伴有严重的纤维化,上述病理改变在出现水肿的心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠更为明显,往往伴有左心耳乳白色颗粒物沉积。(9)WGA荧光染色测量心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠心肌细胞面积,WGA荧光染色结果显示,心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠心肌细胞面积显著性大于同龄同性别WT小鼠(P<0.01),提示心肌细胞BDNF的敲除会导致心肌细胞肥大。(10)Langendorff酶消化分离法获得心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠单个心肌细胞,对心肌细胞面积、核面积及每个心肌细胞的核数目进行比较分析发现,心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠平均心肌细胞面积及核面积显著性大于WT小鼠心肌细胞(P<0.0001),而每个心肌细胞的平均核数目与WT小鼠基本一致(P>0.05),但心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠心肌细胞含单核、三核和四核的百分比大于WT小鼠心肌细胞,而双核的心肌细胞百分比小于WT小鼠心肌细胞。(11)使用q-PCR检测心衰指标(ANP、BNP)和心肌肥大标志物(α-SMA、β-MHC)的表达量,相比于WT小鼠,心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠左心室组织中上述各指标的表达量均显著性升高(P<0.05)。(12)心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠血清中BDNF水平,及BNP、NT-proBNP和Galectin-3水平(心力衰竭相关预后指标)均显著性高于同龄同性别WT小鼠(P<0.01),且血清中胰岛素水平显著性高于同龄同性别WT小鼠(P<0.05),而瘦素和血糖水平低于同龄同性别WT小鼠,但差异无统计学意义(P>0.05)。(13)对8月龄雌性心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠的初步观察发现:左心室射血分数和缩短分数显著性低于同龄同性别WT小鼠(P<0.0001),且显著性低于3月龄雌性心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠(P<0.01);而左心室收缩内径、舒张内径、收缩容积和舒张容积显著性大于同龄同性别WT小鼠(P<0.0001),同时显著大于3月龄雌性心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠(P<0.01)。8月龄心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠心脏体积和左心室室腔均显著性大于同龄同性别WT小鼠,心脏重量和心脏重量/体重的比值均显著性大于同龄同性别WT小鼠(P<0.05)。(14)对心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠(2月龄,雌性)使用左冠状动脉前降支结扎致心肌缺血梗死,发现:(1)其左心室射血分数和缩短分数均小于同龄同性别WT心梗小鼠,但差异无统计学意义(P>0.05),左心室收缩内径、舒张内径、收缩容积以及舒张容积均大于同龄同性别WT心梗小鼠,但差异无统计学意义(P>0.05)。(2)心肌梗死后,心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠心脏重量显著性大于同龄同性别WT心梗小鼠心脏重量(P<0.05),而心脏重量与体重的比值略大于同龄同性别WT心梗小鼠,但差异无统计学意义(P>0.05)。(3)心肌梗死后,心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠的左心室心肌层胶原面积占整个左心室切面的面积大于同龄同性别WT心梗小鼠,但差异无统计学意义(P>0.05),左心室梗死区最小室壁厚度和梗死边缘区厚度均显著性小于同龄同性别WT心梗小鼠(P<0.05)。(4)心肌梗死后,心肌细胞条件性敲除BDNF小鼠血清中BDNF和BNP水平均显著性高于同龄同性别WT心梗小鼠(P<0.05),血糖和瘦素水平也高于同龄同性别WT心梗小鼠,但差异无统计学意义(P>0.05),胰岛素水平低于同龄同性别WT心梗小鼠,但差异无统计学意义(P>0.05)。结论:(1)小鼠心肌细胞条件性敲除BDNF后,心脏形态出现病理性改变,呈左心室明显扩张,左心室壁变薄,心肌细胞退行性改变,心肌层纤维增生,并有炎症细胞浸润,心功能下降及心衰改变,上述病理改变有随增龄加重的趋势。心肌细胞条件性敲除BDNF会导致小鼠1年内生存率显著下降。(2)小鼠心肌细胞条件性敲除BDNF,出生约3月起,会有一些个体出现躯体肿胀,心功能显著下降,呈心衰症状而死亡,其躯体肿胀可能为低蛋白血症引起液体漏出。(3)小鼠心肌细胞条件性敲除BDNF心脏遇心肌缺血梗死时,尽管其梗死面积和心功能指标没有显著性大于野生型心梗小鼠心脏,但其心脏重构和心衰指标均高于野生型心梗小鼠心脏,提示心肌细胞源性BDNF对心肌梗死的修复充当重要调控功能。
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