肥大心肌细胞钙调神经磷酸酶与自噬的交互作用及稳心颗粒干预机制

来源 :北京中医药大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cxr1682000
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心肌肥厚(Myocardialhypertrophy,MH)是引起恶性心律失常(Arrhythmia),进而增加心源性猝死(Sudden Cardiac Death,SCD)发生率的主要原因之一。近年来,诸多研究表明,钙调神经磷酸酶(Calcineurin,CaN)信号通路可以抑制Ca2+释放,致使Ca2+在心肌细胞内潴留,引起心肌组织重构以及心肌细胞电生理的相关变化。Ca2+浓度增加后,同时能够激活心肌细胞过度自噬活动,进一步对心肌造成损伤,从而导致MH的发生,进而发展成心律失常、心力衰竭(心衰,Heart Failure,HF)等疾病,严重者会出现SCD。稳心颗粒(WXKL)是一种抗心律失常的新中药制剂。不少研究也显示,WXKL不仅可以抑制MH、治疗心律失常,还对肥大心肌细胞的电生理变化有着一定的影响。因此,本研究是以过表达CaN蛋白诱导肥大心肌细胞为基础病理模型,利用激光共聚焦显微镜扫描技术,透射电子显微镜扫描技术以及全细胞膜片钳技术进行实验,通过观察CaN蛋白、自噬标志蛋白LC3以及NFATc4蛋白荧光强度、细胞骨架、自噬小体、心肌细胞超微结构以及L型钙电流(ICa-L)的变化,探索在MH的发生发展过程中,CaN信号通路与自噬(Autophagy)的关系,并探究WXKL在其过程中的干预作用,从而为抑制MH,治疗心律失常、HF,降低SCD发生率提供新思路。目的:1.应用激光共聚焦显微镜扫描技术和电子显微镜扫描技术,观察上调/下调CaN蛋白对自噬标志蛋白LC3蛋白荧光强度、心肌细胞骨架大小、细胞自噬小体、心肌细胞超微结构的影响以及应用自噬激活剂雷帕霉素(Rapamycin,Rapa)、自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤(3-Methyladenine,3-MA)对CaN蛋白荧光强度的影响,探讨在MH的发生发展过程中,自噬与CaN信号通路的相互关系以及交互作用。2.探究WXKL通过对自噬与CaN信号通路的干预作用,进而研究其治疗MH的主要作用机制。方法:1.将细胞分为 8 组:Control 组、Rapa 组、3-MA 组、SiCaN 组、SiCaN+Rapa 组、OverexpressCaN 组、OverexpressCaN+3-MA 组以及 OverexpressCaN+WXKL 组。加药、染色后,在激光共聚焦显微镜下观察CaN蛋白,LC3蛋白以及NFATc4蛋白的荧光强度以及核转移率的变化。2.实验分为12组:Control组、Rapa组、3-MA 组、WXKL 组、SiCaN 组、SiCaN+Rapa组、SiCaN+3-MA组、SiCaN+WXKL组、OverexpressCaN 组、OverexpressCaN+Rapa组、OverexpressCaN+3-MA组和OverexpressCaN+WXKL组。收集加药处理后的细胞,置于电镜固定液中保存。再进行脱水、包埋、超薄切片,透射电镜观察心肌细胞超微结构,自噬小体等的改变。3.细胞培养以及分组给药方法同前。处理细胞后,应用鬼笔环肽工作液将细胞进行染色,在激光共聚焦显微镜下观察心肌细胞骨架的变化。4.实验分为 4 组:Control 组、OverexpressCaN 组、OverexpressCaN+3-MA 组以及OverexpressCaN+WXKL组,培养和加药方法同前。采用全细胞膜片钳技术,在电压钳制模式下记录ICa-L电流。待膜电容稳定后,记录细胞膜电容,记录ICa-L电流。为消除细胞大小引起的误差,Ⅰ值以电流密度(pA/pF)来表示。结果:1.激光共聚焦测蛋白荧光强度结果:与Control组相比,OverexpressCaN组,LC3、CaN、NFATc4蛋白荧光强度显著增加,且胞核和胞浆中CaN、NFATc4蛋白表达均增加,与正常H9C2细胞经Rapa处理后的效应一致。与Control组相较,SiCaN组,LC3蛋白荧光强度明显下降,CaN、NFATc4蛋白的荧光强度减弱以及核转移率降低;加入Rapa处理后,三种蛋白荧光强度有所增加,且核转移率上升。OverexpressCaN心肌细胞加入5g/LWXKL后,可明显下调LC3蛋白荧光强度升高效应,CaN、NFATc4蛋白荧光强度减弱以及核转移率降低,此作用与OverexpressCaN+3-MA组效应一致。2.上调/下调CaN蛋白表达对自噬小体的作用以及WXKL的干预作用:Control组,线粒体双层膜结构完整,大小、形态正常,内嵴结构完整,溶酶体结构完整,未出现溶解、融合等现象;当加入Rapa后,出现线粒体双层膜结构被破坏,内嵴结构模糊不清,且排列无序。SiCaN组,线粒体外形不规则变化且双层膜结构模糊不清;加入Rapa后,线粒体明显增大,内部出现小空泡结构,内嵴结构出现不完整改变。OverexpressCaN组,线粒体内出现大空泡状结构包裹线粒体,且线粒体肿胀、畸形、嵴断裂或消失,溶酶体形态畸形,且染色变深;经3-MA作用后,线粒体结构有所恢复,内嵴结构有所改善,且空泡消失;经WXKL干预后,线粒体体积明显缩小,且溶酶体颜色变淡。3.激光共聚焦测心肌细胞蛋白骨架结果:Control组心肌细胞的长度和宽度分别是 349.24±56.43 μm 和 125.59±18.74 μm(n=10);与 Control 相比较,经 Rapa 诱导的心肌细胞的长度和宽度均有所增加。OverexpressCaN细胞形态明显肿胀变大,细胞的长度和宽度分别增加到 837.45±57.61μm和 268.83±64.16μm(n=10,P<0.01,vs.Control组,差异有统计学意义);经3-MA以及5 g/LWXKL刺激后,细胞骨架明显减小。4.与Control组进行比较,OverexpressCaN组ICa-L电流幅值明显增加,电流密度在-40 mV到+40 mV的范围内显著增加(n=3,P<0.01,vs.Control组,差异有统计学意义);稳态激活(Steady state activation,SSA)曲线与稳态失活(Steady inactivation,SSI)曲线左移,激活加快,失活减慢,半激活电压(V1/2,act)以及半失活电压(V1/2,inact)减小。经WXKL以及3-MA作用后,电流幅值明显减小,电流密度在-40 mV到+40 mV的范围内减少(n=3,P<0.01,vs.OverexpressCaN组,差异有统计学意义),SSA曲线与SSI曲线右移,V1/2.act以及V1/2,inact增加。结论:1.在心肌细胞发生肥大的过程中,CaN信号通路与自噬存在交互作用。上调CaN蛋白表达会激活异常活跃的自噬活动,下调则会抑制自噬活动。激活自噬活动能够上调CaN蛋白以及NFATc4蛋白荧光强度,增加核转移率;抑制自噬则相反。WXKL能够通过调控CaN信号通路以及心肌细胞自噬活动,抑制MH,从而治疗心律失常。2.说明在上调CaN蛋白后,会激活心肌细胞出现过度自噬,而引起超微结构的破坏以及功能失常,对心肌的能量供应减少,增加心肌耗氧量,破坏心肌结构功能,造成MH。而WXKL能够抑制CaN蛋白上调后引起的心肌细胞组织结构的变化,从而抑制心肌细胞自噬,进而抑制MH的发展,是保护心肌的一条新的途径。3.过表达CaN蛋白后,会触发心肌细胞内自噬活动,从而引起心肌细胞结构变化,骨架增大,弹性减小,细胞收缩力下降,心肌顺应性降低;当抑制自噬后,同时可以反调控CaN信号通路,保护心肌功能。WXKL作用于OverexpressCaN细胞后,细胞骨架改变明显,说明WXKL能够通过调控CaN信号通路,保护心肌功能。4.WXKL与自噬对CaN信号通路都存在调控作用。同时WXKL还能够抑制自噬后,保护心肌细胞线粒体结构与功能,稳定细胞能量代谢和钙稳态,加速钙循环,刺激钙外流,降低细胞内Ca2+浓度,这一作用为WXKL治疗MH,心律失常提供一种新的理论依据,为临床提供一种新思路。
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