电针预处理对心肌缺血再灌注大鼠的保护作用及FXR/SHP通路的调控作用

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目的
  基于“中医治未病”思想及“心胸内关谋”经典理论,在前期研究基础上,以心肌缺血再灌注损伤模型大鼠为研究对象,从细胞凋亡、细胞焦亡以及细胞自噬的角度出发,观察电针“内关”“足三里”“关元”穴预处理对心肌缺血再灌注大鼠的保护作用及其作用机制。并借用FXR/SHP凋亡信号通路激动剂GW4064及抑制剂Z-guggulsterone从FXR/SHP信号转导通路的角度探讨其作用机制,以及细胞凋亡、焦亡和自噬的联系,为电针预处理防治MIRI提供新的理论依据和治疗靶点。
  方法
  一理论探讨:以中医学和现代医学理论为基础,从心肌细胞焦亡、自噬及凋亡角度出发,探讨电针预处理对心肌缺血再灌注大鼠的保护作用及其机制;从FXR/SHP凋亡信号通路的角度出发,探讨FXR/SHP通路对心肌细胞凋亡、焦亡以及自噬的影响及其作用机制,以及三者间的联系。
  二动物实验:
  将Wistar大鼠80只(雄性,SPF级)按照“随机数字表法”进行随机分组,平均分为4组,分别是:正常组(N组)、假手术组(S组)、模型组(M组)和电针预处理组(EA组),20只为一组。所有实验动物适应性喂养1周后,开始正式实验。通过左侧冠状动脉结扎法制备MIRI大鼠模型,每组大鼠给予相应的干预措施。再增加40只Wistar大鼠(雄性,SPF级),随机分为2组,每组20只,分别为电针+GW4064激动剂组(EA+GW组)和电针+z-Guggulsterone抑制剂组(EA+Z组),每组大鼠给予相应的干预措施。
  实验1:采用HE染色观察各组心肌组织的形态结构;采用TTC染色测量各组心肌梗死面积和心肌梗死质量;采用TUNEL染色计算各组心肌细胞凋亡指数,采用双抗体夹心酶联免疫吸附试验法(ELISA法)进行各组心肌损伤标志物(LDH、CK和cTnI)的测定;从而探讨电针预处理对MIRI大鼠的保护作用。
  实验2:采用Western-blot法检测各组NLRP3、ASC、Caspase-1、GasderminD蛋白等焦亡相关指标的表达,初步探讨电针预处理对MIRI大鼠心肌细胞焦亡通路的调节作用
  实验3:采用Western-blot法检测各组Beclin1、LC3I、LC3Ⅱ蛋白表达以及LC3Ⅱ/LC3I比值,研究电针预处理对心肌细胞的保护作用,初步探讨电针预处理对MIRI大鼠心肌细胞自噬通路的调节作用。
  实验4:采用Western-blot法检测各组Bcl-2、Bax蛋白表达,同时用荧光定量PCR法检测各组Caspases-9mRNA、Caspases-3mRNA表达,研究电针预处理对MIRI大鼠模型的保护作用,初步探讨电针预处理对MIRI大鼠心肌细胞凋亡通路的调节作用。
  实验5:采用TUNEL染色法计算各组心肌细胞凋亡指数,采用荧光定量PCR法检测凋亡相关指标FXRmRNA、SHPmRNA表达,采用Western-blot法检测各组凋亡相关指标Bcl-2、Bax、Caspase3蛋白表达,焦亡相关指标GasderminD、IL-1β、IL-18蛋白表达以及自噬相关指标Beclin-1、LC3Ⅰ、LC3Ⅱ蛋白表达及LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值,探讨电针预处理对MIRI模型大鼠FXR/SHP信号通路的影响,以及FXR/SHP信号通路对细胞凋亡、焦亡、自噬的影响及三者间的联系。
  结果
  实验1电针预处理对MIRI大鼠心肌损伤标志物、心肌细胞凋亡指数及形态学影响
  (1)HE染色:光镜下观察与比较各组大鼠心肌细胞形态学结果如下:N组和S组大鼠心肌纤维走向整齐,横纹清晰可见,细胞结构完整,形态正常,无炎性浸润,细胞核位置正常,无空泡样变性;M组心肌纤维走形紊乱、可见心肌纤维断裂现象,心肌细胞结构不完整,炎性细胞浸润明显,可见空泡样变性;EA组大鼠心肌组织大体形态正常,破坏减轻,心肌纤维排列稍显杂乱,少许纤维断裂,少量炎性细胞浸润,少量细胞水肿坏死。表明电针预处理能有效缓解心肌缺血再灌注模型大鼠心肌组织损伤。
  N组和S组大鼠心肌纤维走向整齐,横纹清晰可见,细胞结构完整,形态正常,无炎性浸润,细胞核位置正常,无空泡样变性;M组心肌纤维走形紊乱、可见心肌纤维断裂现象,心肌细胞结构不完整,炎性细胞浸润明显,可见空泡样变性;EA组大鼠心肌组织大体形态正常,破坏减轻,心肌纤维排列稍显杂乱,少许纤维断裂,少量炎性细胞浸润,少量细胞水肿坏死。表明电针预处理能有效缓解心肌缺血再灌注模型大鼠心肌组织损伤。
  (2)心肌梗死面积:与N组相比较,S组梗死面积变化不大,差异无统计学意义(P>0.05);与N组相比较,M组的梗死面积显著增加(P<0.01);与M组相比较,EA组的梗死面积显著减小(P<0.01)。
  (3)心肌梗死质量;与N组相比较,S组梗死质量变化不大,差异无统计学意义(P>0.05);与N组相比较,M组的梗死质量显著增加(P<0.01);与M组相比较,EA组的梗死质量显著减小(P<0.01)。
  (4)心肌细胞凋亡指数:N组和S组心肌组织中,可见极少量凋亡细胞核,M组中存在大量凋亡细胞,细胞核形态不规则,成碎片状,EA组可见少量凋亡细胞核。与N组和S组比较,M组心肌细胞凋亡指数明显上升(P<0.01),与M组比较,EA组心肌细胞凋亡指数明显下降(P<0.01)。
  (5)血清LDH、CK、cTnI含量:与N组相比较,S组血清LDH、CK、cTnI含量变化不大,差异均无统计学意义(均P>0.05);与N组比较,M组、EA组血清LDH、CK、cTnI含量均上调(均P<0.01),EA组血清LDH、CK、cTnI含量均低于M组(均P<0.01)。
  实验2电针预处理对心肌缺血再灌注模型大鼠焦亡通路的调控作用
  (1)心肌组织NLRP3、ASC蛋白表达情况:与N组、S组相比较,M组、EA组的NLRP3、ASC蛋白表达均升高(均P<0.05),与M组比较,EA组NLRP3、ASC蛋白表达均显著下降(均P<0.05)。
  (2)心肌组织Caspase-1、GasderminD蛋白表达情况:与N组、S组相比较,M组、EA组的Caspase-1、GasderminD蛋白表达均升高(均P<0.05),与M组比较,EA组Caspase-1、GasderminD蛋白表达均显著下降(均P<0.05)。
  实验3电针预处理对心肌缺血再灌注模型大鼠自噬通路的调控作用
  (1)心肌组织Beclin-1蛋白表达情况:与N组、S组比较,M组、EA组Beclin-1蛋白表达明显升高(P<0.05),与M组相比,EA组Beclin-1蛋白表达明显降低(P<0.05)。
  (2)心肌组织LC3Ⅰ、LC3Ⅱ蛋白表达及LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值情况:与N组、S组比较,M组、EA组LC3Ⅰ、LC3Ⅱ蛋白表达及LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值均明显升高(均P<0.05),与M组相比,EA组LC3Ⅰ、LC3Ⅱ蛋白表达及LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值均明显降低(P<0.05)。
  实验4电针预处理对心肌缺血再灌注模型大鼠细胞凋亡的影响
  (1)心肌组织Bcl-2蛋白表达情况:与N组、S组比较,M组、EA组Bcl-2蛋白表达水平均下降(均P<0.05)。与M组比较,EA组Bcl-2蛋白表达水平显著升高(P<0.05)。
  (2)心肌组织Caspases-9mRNA、Caspases-3mRNA及Bax蛋白表达情况:与N组、S组比较,M组和EA组Caspase-9mRNA、Caspases-3mRNA及Bax蛋白表达显著升高(均P<0.05),与M组比较,EA组的Caspase-9mRNA、Caspases-3mRNA及Bax蛋白表达水平均显著降低(均P<0.05)。
  实验5电针预处理对心肌缺血再灌注模型大鼠FXR/SHP信号通路的影响
  (1)心肌细胞凋亡指数:与N组、S组比较,M组、EA组、EA+GW组、EA+Z组心肌细胞凋亡指数明显升高(P<0.05);与M组比较,EA组、EA+GW组、EA+Z组心肌细胞凋亡指数均明显降低(均P<0.05);与EA组比较,EA+Z组心肌细胞凋亡指数明显下降(P<0.05),EA+GW组心肌细胞凋亡指数明显升高(P<0.05)。
  (2)心肌组织FXRmRNA、SHPmRNA表达情况:与N组、S组比较,M组、EA组及EA+GW组大鼠心肌细胞FXRmRNA、SHPmRNA表达水平均明显升高(均P<0.05);与M组比较,EA组、EA+GW组、EA+Z组的FXRmRNA、SHPmRNA表达均有显著性降低(均P<0.05);与EA组比较,EA+Z组FXR、SHPmRNA表达水平显著降低(P<0.05),EA+GW组FXR、SHPmRNA表达水平明显升高(P<0.05)。
  (3)心肌组织Bcl-2、Bax、Caspases-3蛋白表达情况:与N组、S组比较,M组、EA组、EA+GM组及EA+Z组大鼠心肌细胞Bcl-2蛋白表达水平均下降(均P<0.05),Bax、Caspase-3蛋白表达水平均显著升高(均P<0.05)。与M组比较,EA组、EA+GW组及EA+Z组的Bcl-2蛋白表达水平均明显升高(均P<0.05),Bax、Caspase-3蛋白表达水平均明显降低(均P<0.05),与EA组比较,EA+Z组Bcl-2蛋白表达水平显著升高(P<0.05),EA+GW组Bax、Caspases-3蛋白表达水平均显著降低(均P<0.05)。
  (4)心肌组织Beclin-1、LC3Ⅰ、LC3Ⅱ蛋白表达及LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值情况:与N组、S组比较,M组、EA组、EA+GW组及EA+Z组Beclin-1、LC3Ⅰ、LC3Ⅱ蛋白表达及LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值均明显升高(均P<0.05),与M组相比,EA组、EA+GW组及EA+Z组Beclin-1、LC3Ⅰ、LC3Ⅱ蛋白表达及LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值均明显降低(均P<0.05),与EA组比较,EA+Z组Beclin-1、LC3Ⅰ、LC3Ⅱ蛋白表达及LC3Ⅱ/LC3Ⅰ均显著降低(均P<0.05),EA+GW组均显著升高(均P<0.05)。
  (5)心肌组织GasderminD、IL-1β、IL-18蛋白表达情况:与N组、S组比较,M组、EA组、EA+GW组及EA+Z组大鼠心肌细胞GasderminD、IL-1β、IL-18蛋白表达水平均明显升高(均P<0.05);与M组比较,EA组、EA+GW组及EA+Z组的GasderminD、IL-1β、IL-18蛋白表达均有显著性降低(均P<0.05);与EA组比较,EA+Z组GasderminD、IL-1β、IL-18蛋白表达水平均显著降低(均P<0.05),EA+GW组均显著升高(均P<0.05)。
  结论
  1.电针预处理能使MIRI模型大鼠心肌梗死面积及梗死程度明显下降,降低凋亡指数,病理形态学检测提示电针可显著改善受损心肌组织的病理损害程度。
  2.电针预处理能下调MIRI模型大鼠血清中LDH、CK及cTnI的含量,保护大鼠心肌组织。
  3.电针预处理能抑制MIRI模型大鼠NLRP3、ASC、Caspase-1、GasderminD蛋白表达,通过抑制细胞焦亡,保护心肌组织。
  4.电针预处理能抑制MIRI模型大鼠Beclin-1、LC3Ⅰ、LC3Ⅱ蛋白表达及LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值过度升高,通过抑制细胞过度自噬,保护心肌组织。
  5.电针预处理能下调MIRI模型大鼠Bax蛋白表达、Caspases-9mRNA、Caspases-3mRNA表达,上调Bcl-2蛋白表达,通过抑制细胞凋亡,保护心肌组织。
  6.电针预处理能通过抑制FXR/SHP凋亡信号通路从而抑制心肌细胞凋亡,抑制凋亡,能起到抑制细胞焦亡和抑制细胞过度自噬的作用,从该角度探讨三者间的联系,进一步说明电针预处理对MIRI的保护机制可能是多层次、多途径的综合效应。
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