全反式维甲酸对兔颈动脉粥样硬化病变中Cdk2表达及血管平滑肌细胞增生的影响

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  [摘 要] 目的 探讨全反式维甲酸(ATRA)对兔颈动脉粥样硬化病灶 中血管内膜的增生、血管平滑肌细胞(VSMCs)增殖、增殖细胞核抗原(PCNA)及细胞周期素依 赖性激酶Cdk2表达规律的影响。方法 36只新西兰雄性大白兔随机分为3组 :正常饮食组、手术组、ARTA治疗组,每组12只。手术组和治疗组均给予高脂饮食,两周后 用空气干燥法制作颈动脉内膜损伤模型,治疗组于术前3d开始给予ATRA灌胃。于术后1、4周 处死动物,取病变血管应用HE染色、免疫组化和计算机图像分析法进行形态学、PCNA和Cdk2 表达水平的检测。结果 ①正常动脉壁未见PCNA及Cdk2表达。②手术组在 术后第1周时内膜开始增生,第4周增生明显,且出现泡沫细胞、脂质核心形成、管腔狭窄; 增生内膜中Cdk2表达水平增高。③治疗组Cdk2的表达明显低于手术组(P<0.05),VSMC s的迁移、增殖、内膜增生和管腔狭窄显著减轻(P<0.05)。④PCNA表达与Cdk2表达呈 显著正相关(P<0.01)。结论 ARTA可通过抑制Cdk2表达,抑制VSMCs 的迁移和增殖,从而抑制兔颈动脉粥样硬化新生内膜过度增生和管腔狭窄。
  [关键词] 全反式维甲酸;内膜增生;血管;平滑肌;增殖细胞核抗 原;兔
  中图分类号:R54
  文献标识码: A
  文章编号:1009-816X(2007)05-0309-04
  Influence of All-trans Retinoic Acid on the Expression of Cdk2 and Pr oliferation of Vascular Smooth Muscle Cells in Carotid Atherosclerosis in Rabbit s. Guo Lin-lin, DONG Guo-xiong, ZHANG She-hua. The Affiliated Cardiov ascular Hospital of Medical College, Qingdao University, Shandong 266071, China
  [Abstract] Objective To investigate the influence of all-trans retinoic acid (ATRA) on the neointimal formation, vascular remodeling, the expr ession of Cdk2 in carotid atherosclerosis in rabbits. Methods Thirty-six New Zealand rabbits were randomly divided int o 3 groups: normal group (n=12), control group (n=12) and ATRA-treated group (n= 12). The control group and ATRA-treated group were fed with high-cholesterol die t and two week's later they were induced into carotid atherosclerosis using air- drying technic. ATRA-treated group was predosed with ATRA by gavage 3 days before surgery. All rabbits were killed one week or four weeks af ter surgery. Using immunohistochemiscal staining, the harvested target vessels w ere measured the protein expression of Cdk2 and proliferation cell nuclear antig en PCNA. Meanwhile vessel morphological measurement was taken for all target ves sels. Results (1) In normal group, Cdk2 and PCNA could not b e detected in the target vessels. (2)In control group, there was a distinct inti ma hyperplasia and n arrowed luminal area at six weeks after surgery. The expressions of PCNA and Cdk 2 were significantly intense. (3) In ATRA-treated group, the Cdk2 expression was markedly lower than that in control group. And there was an outstanding smalle r intima/media area ratio and larger luminal area in ATRA-treated group. (4) The PCNA expression and Cdk2 expression are in remarkable positive correlation. Conclusions ATRA could inhibit Cdk2 expression and VSMC proliferati on, therefore it could reduce intima proliferation and elicit favorable geometri c remodeling of the carotid atherosclerosis in rabbits.
  [Key words] All-trans retinoic acid; Intima proliferation; VSM C proliferation; PCNA; Carotid atherosclerosis; Rabbit
  
  冠状动脉性心脏病(冠心病)在我国发病率逐年上升,是当前危害人类健康的主要疾病。经皮 冠状动脉腔内成形术(PTCA)及支架置入术已成为治疗冠心病有效的方法之一,但术后高达25 %~30%的再狭窄率严重影响其远期疗效。血管平滑肌细胞(VSMCs)增殖是动脉粥样硬化、支 架置入术后再狭窄中重要的病理改变,多种因子如血小板衍化生长因子(PDGF)、表皮生长因 子(EGF)、转化和长因子(TGF)、白细胞介素2(IL-2)等均可刺激VSMCs增生。这些因子间相互 影 响,相互作用,信号传递通路相互交错,形成复杂的网络状结构。单纯通过抑制某一刺激因 子很难有效抑制VSMCs增生。为此,寻求多种因素刺激VSMCs增生最终的共同的途径加以抑 制,才可能奏效。细胞分裂周期异常或障碍是VSMCs增生的共同途径,全反式维甲酸(ATRA) 是维生素A天然的衍生物,具有抑制细胞增殖、诱导正常分化的作用,我们的前期研究表明[1-6]ATRA可明显抑制体外培养及球囊剥脱大鼠胸主动脉内皮后新生内膜过度增生 和管腔狭窄。Cdk2是一种细胞周期依赖性激酶,可与CyclinE结合形成复合物,参与细胞从G 1期到S期的调控。Chiya等[7]研究表明ATRA可通过抑制Cdk2的表达来抑制体外培养 VSMCs的增生,本研究旨在探讨ATRA能否通过抑制Cdk2的表达而抑制在体动物的动脉粥样硬 化性狭窄及其机制,为筛选防治再狭窄药物提供依据。
  
  1 材料和方法
  
  1.1 动物分组、给药方法及标本制备:选用体重(2.50±0.25)kg的纯种新西兰雄性大白 兔(青岛药检所)36只,随机分为三组,每组12只:(1)ATRA治疗组(T组):高脂饮食(6%猪油 、 1.5%胆固醇混于基础饲料中),2周后按Fishman等[8]方法行颈动脉内膜空气干燥 术,术前3d始给予ATRA(20mg/d)植物油混悬液灌胃至术后1、4周处死。取病变血管固定、脱 水、透明、石蜡包埋,测胆固醇和甘油三酯。(2)手术组(C组):除给予等量植物油灌胃外, 操作同治疗组。(3)正常饮食组(N组):普通饮食,术后1、4周后处死。
  1.2 形态学观察:血管标本横截面切片(3μm)后,HE染色,光学显微镜下观察内膜增生情 况并用图像分析系统测定动脉横截面的腔面积(LA)、内膜面积(IA)、中膜面积(MA)、内膜/ 中膜面积比率(IA/MA)。
  1.3 免疫组化染色:血管标本横截面切片(3μm)后,分别加入鼠抗兔PCNA单克隆抗体(北 京中杉生物制品公司)、PV6001(北京中杉生物制品公司)及兔抗兔Cdk2多克隆抗体(武汉博士 德生物制品公司)、PV6002(北京中杉生物制品公司)进行PCNA、Cdk2免疫组化染色,胞核棕 色(棕黄、棕、棕褐色)为阳性。每例动物用VIDAS图像分析仪随机测量每张切片的6个视野中 阳性细胞的平均光密度及阳性细胞百分率,取其平均值,用两者乘积作为阳性表达指数来表 示蛋白质的表达水平。
  1.4 统计分析:用SPSS11.5进行方差分析、t检验。数据以x-±s表示。P<0.05为差别有显著意义,P<0.01为差 别有高度显著意义。
  
  2 结果
  
  2.1 兔血脂变化:所有实验动物无中途死亡或患病,实验组动物未发现局部感染,创口愈 合良好。术后第28d,正常饮食组血脂水平无变化。手术组与治疗组的动物血清TC、TG均较 喂饲高脂饮食前增高(P<0.05),但两组间比较差异无显著性(P>0.05)(表1)。 说明高胆固醇血症兔模型是成功的,短期摄入ATRA没有降低血胆固醇和甘油三酯的作用,推 测ATRA抑制动脉粥样硬化病变的作用不是通过直接降低血胆固醇水平产生的。
  
  2.2 ATRA对血管形态的影响:正常饮食组内皮完整,内膜由单层内皮细胞及少量细胞外基 质组成,内弹力板结构完整;手术组空气干燥术后第1周内膜开始增生,多为一层内皮细胞 ,治疗组与手术组相比,管腔面积、内膜面积、中膜面积、内膜/中膜面积比,均无明显差 异(P>0.05);手术组术后4周(图1)内弹力板模糊,内膜下可见大量增生的VSMC,排列 紊 乱,部分出现脂质核心,与正常饮食组相比,管腔明显缩小(P<0.01);ATRA治疗组术 后4周(图2)内膜下可见少量血管平滑肌细胞增殖,与手术组相比,新生内膜面积减少,内膜 /中膜面积减少(P<0.05),但中膜面积及血管横截面积无显著变化(P>0.05)(表 2)。
  
  2.3 ATRA对PCNA表达的影响 正常饮食组血管壁PCNA呈阴性表达;手术组在术后1周可见 大量PCNA阳性的VSMCs,多位于新生内膜、内膜靠近内弹力板处,中膜的平滑肌细胞也有表 达;术后4周PCNA较前减少(P<0.05),阳性细胞主要聚集在新生内膜,阳性细胞的表 达有向管腔表面聚集的趋势;ATRA治疗组PCNA表达变化规律同手术组,但各时间点内膜、中 膜阳性指数明显低于手术组(P<0.05)。
  2.4 ATRA对Cdk2表达的影响:正常饮食组血管壁Cdk2呈阴性表达;手术组在术后1周可见C dk2表达阳性的VSMC,多位于新生内膜,内膜靠近内弹力板处,中膜的平滑肌细胞也有表达 ;术后4周(图3)Cdk2较前减少(P<0.05),阳性细胞主要聚集在新生内膜,阳性细胞的 表达有向管腔表面聚集的趋势;ATRA治疗组Cdk2表达变化规律同手术组,术后1周内膜、中 膜阳性指数低于手术组(P<0.05),术后4周(图4)与手术组相比差异显著(P< 0.05)(表3)。
  
  新生内膜中增殖指标PCNA与Cdk2表达之间做相关分析,呈显著正相关(r=0.828,P <0.01)
  
  3 讨论
  
  血管再狭窄的主要病理生理机制包括:早期的血管弹性回缩;血小板聚集和附壁血栓形成; 新生内膜增殖和细胞外基质形成;动脉血管重塑。其中血管壁VSMCs的迁移增殖是再狭窄发 生早期的主要机制,而VSMCs最终是通过细胞周期来完成其分裂的,因此,抑制增殖周期这 一最终通路可能是抑制VSMCs过度增殖,防治VSMCs增生性疾病的有效途径。
  PCNA是DNA多聚酶δ的辅助蛋白,在DNA合成时促进DNA的延长,是细胞进入并通过S期所必需 的,在G1期晚期和S期表达,可作为反应细胞增殖程度的可靠指标;
  Cdk2是Cdks家族中的一员,可与CyclinE结合形成复合物,不仅参与细胞从G1期到S期的调控 ,而且对于DNA复制的启动非常重要。在G1期中,CyclinD1和Cdk4结合形成CyclinD1-Cdk4, 该复合物被认为是G1/S调控点的重要正性调控因子。CyclinE-Cdk2的作用时相稍晚于Cycl inD1-Cdk4出现,不仅作用于G1/S期,而且对于DNA复制的启动非常重要。在G1期中,Cyclin 和Cdk结合,导致Cdk活化使视网膜母细胞癌易感基因(retinoblastoma,Rb)的蛋白产物磷酸 化,失去对转录因子E2F-1的抑制,E2F-1作用于二氢叶酸还原酶靶基因,加速细胞从G1期进 入S期。
  ATRA是维生素A的天然衍生物,其同分异构体13cis-RA和9cis-RA均能够通过异构化而转变为 ATRA。体外研究表明ATRA可抑制血管紧张素Ⅱ(Ang Ⅱ)诱导的VSMCs的增殖,促进VSMCs的分化,调节AP-1介导的相关基因表达,加速损伤血管 局部功能恢复性内皮再生,抑制VSMCs增殖周期,从而抑制VSMCs增殖。Wakino等[9]研究证实ATRA通过抑制CyclinD-Cdk4/6和/或CyclinA-Cdk2的表达及活性,上调CKI(P 2 7)1来抑制人冠状动脉VSMCs增殖。候磊等[1]研究也证实ATRA可通过抑制CyclinA的 表达从而抑制培养大鼠主动脉VSMCs增殖。
  动物实验中ATRA可抑制损伤动脉新生内膜的形成,促进有益的血管重塑(代偿性扩大),促进 内皮再生及功能恢复,而且新生内膜的减少与VSMCs的增殖被抑制的程度有高度相关性。董 果雄等[1-6]研究发现ATRA可通过抑制MMP-2、MMP-9、PDGF-BB,促进P16、P21的表 达来抑制VSMCs迁移和增殖,从而抑制球囊剥脱大鼠胸主动脉内皮后新生内膜过度增生和管腔狭窄。
  本实验结果表明,①正常饮食组VSMCs处于非增殖状态不表达Cdk2;②血管损伤后VSMCs发生 表型转化,恢复增殖能力并向内膜下迁移,新生内膜在术后7d形成,多为一层内皮细胞,PC NA与Cdk2开始表达,术后28d始形成大片新生内膜,但PCNA与Cdk2表达较前下降,VSMCs增殖 下 降;③经ATRA处理的大白兔,术后7dpCNA和Cdk2表达较手术对照组显著下降,28d时显著降 低,显著抑制VSMCs向内膜迁移和增殖、抑制新生内膜过度增生,促进有益的血管重塑(代偿 性扩大),从而保持较大的管腔面积;④Cdk2表达与VSMCs增殖呈显著正相关。说明ATRA通过 抑制Cdk2的表达,显著抑制VSMCs增殖,可能是ATRA抑制血管损伤后新生内膜增生和管腔狭 窄的可能机制。
  
  参考文献
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