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目的:建立动物实验模型观察不同时间点放射性心脏损伤的表现,并探讨自噬在放射性心脏损伤中的作用机制。方法:成年雄性SD大鼠56只,随机分为四组(n=14):对照组(C ontrol)、照射组(IR)、雷帕霉素+照射组(RAPA+IR)、3-MA+照射组(3-MA+IR)。1.照射处理:单次照射剂量20Gy,射野大小2cm~*2cm,深度1.0cm,剂量率1.87Gy/min。2.自噬预处理:自噬激活剂雷帕霉素(5mg/kg)、自噬抑制剂3-MA(2ml/kg)均在照射前30min腹腔注射。3.心功能测定:照射后第14天和第28天分别进行小动物超声心动图,记录左心室功能参数,其中收缩功能:左心室射血分数(Left Ventricular Ejection Fraction,LVEF);左心室缩短分数(Left Ventricular Fractional Shortening,LVFS);每搏量(Stroke Volume;SV);心输出量(Cardiac Output;CO);收缩末期左心室前壁厚度(Anterior Left Ventricular Wall,LVAW;s);收缩末期左心室后壁厚度(Left Ventricular Posterior Wall;LVPW;s)。舒张功能:舒张末期左心室容积(Left Ventricular Volume;d)。4.形态学观察:分别于照射后第14天和第28天取材进行心肌组织病理切片染色。苏木精-伊红(Hematoxylin-Eosin,HE)染色观察大鼠心肌细胞及细胞间质形态学改变。Masson染色观察心肌胶原纤维表达情况并定量分析。5.生物化学检测:应用Western blot法检测炎性因子IL-4、TNF-α,及TGF-β1的表达情况。应用免疫组化检测自噬下游相关蛋白Beclin-1、LC3的表达来评价自噬水平。6.应用Tunel检测左心室心肌细胞的凋亡率。结果:1.心功能测定:1)照射后第14天,放射线照射引起LVFS下降(50.1±8.6%vs 39.35±3.24%,P=0.036);RAPA+IR组较IR组SV(162.9±11.63u L vs 236.27±10.25u L,P=0.000)、CO(34.4±0.5m L/min vs 71.75±1.68m L/min,P=0.000)和左心室舒张末容积(219.71±16.7u Lvs294.1±5.15u L,P=0.027)均升高;3-MA+IR组较IR组LVEF(68.79±3.99%vs 83.37±3.12%,P=0.012)和LVFS(39.35±3.24%vs 53.52±3.85%,P=0.011)均升高,各组间比较其余左心室收缩和舒张功能参数差异无统计学意义(均为P>0.05)。2)照射后第28天,放射线照射引起LVEF(72.3±0.3%vs 78.67±2.1%,P=0.004)和LVFS(42.4±0.3 vs 48.74±2.1%,P=0.003)升高,同时伴随LVAW;s增厚(1.65±0.15mm vs 1.95±0.02mm,P=0.029);RAPA+IR组较IR组CO(96.3±1.3m L/min vs 75.64±7.33m L/min,P=0.001)同时伴随LVAW;s(1.95±0.02mm vs 1.69±0.08mm,P=0.044)和LVPW;s(1.9±0.1mm vs 1.72±0.01mm,P=0.027)减小;3-MA+IR组较IR组SV(227.7±8u L vs294.58±38.85u L,P=0.004)和CO(96.3±1.3m L/min vs 107.1±6.17m L/min,P=0.027)升高同时伴随LV Volume;d(281.3±20.7u L vs 394.52±38.37u L,P=0.001)增厚,各组间比较其余左心室收缩和舒张功能参数差异无统计学意义(均为P>0.05)。2.形态学结果:1)石蜡切片HE染色:照射后第14天,IR组较Control组心肌细胞排列紊乱,部分心肌细胞断裂,水肿明显,但无明显坏死;心肌细胞核轻度固缩,核染色加深,心肌间质和血管周围可见成片或灶状炎细胞浸润;RAPA+IR组较IR组加重了上述损伤;3-MA+IR组较IR组减轻了上述损伤。照射后第28天,IR组较Control组心肌细胞排列紊乱,心肌细胞变性,胞质疏松淡染,内见小空泡;心肌细胞核固缩,心肌间质炎细胞浸润;RAPA+IR组较IR组心肌细胞排列规整,未明显心肌细胞水肿;心肌细胞核无明显固缩,心肌间质和血管周围炎症浸润减少;3-MA+IR组较IR组心肌细胞排列紊乱,疏松淡染,细胞水肿加重,明显变性;心肌细胞核多圆形,核固缩、碎裂,核染色胞质内可见小空泡,心肌间质炎性细胞渗出明显。2)Masson染色及定量分析:心肌胶原纤维被染为蓝绿色,胶原纤维主要见于小血管周围及心肌细胞间质。定量分析结果显示照射后第14天,IR组较Control组心肌胶原容积分数(Collagen volume fraction,CVF)升高(1.1±0.3%vs 11±1.4%,P=0.000);RAPA+IR组较IR组CVF升高(11±1.4%vs 14.2±2%,P=0.018);3-MA+IR组较IR组CVF降低(11±1.4%vs 3.6±1.8%,P=0.000)。照射后第28天,IR组较Control组CVF升高(1.1±0.3%vs 17.3±2.2%,P=0.000);RAPA+IR组较IR组CVF下降(17.3±2.2%vs 12±2.2%,P=0.003);3-MA+IR组较IR组CVF差异无统计学意义(17.3±2.2%vs 19.4±2.6%,P=0.5)。3.Western blot和免疫组化结果:1)炎症蛋白及TGF-β1表达情况:Western blot结果显示:照射后第14天,IR组较Control组IL-4、TNF-α和TGF-β1表达水平均升高(P<0.05);RAPA+IR组较IR组IL-4、TNF-α和TGF-β1表达均升高(P<0.05);3-MA+IR组较IR组IL-4、TGF-β1表达均升高(P=0.000),TNF-α表达下降(P=0.0018)。照射后第28天,IR组较Control组IL-4、TNF-α和TGF-β1表达均升高(P<0.05);RAPA+IR组较IR组IL-4、TNF-α和TGF-β1表达下降(P<0.05);3-MA+IR组较IR组IL-4、TNF-α、TGF-β1表达差异无统计学意义(P>0.05)。2)自噬相关蛋白Beclin-1、LC3表达情况:免疫组化结果显示:照射后第14天,放射线照射引起心肌组织LC3表达水平升高(P=0.0499),Beclin-1表达水平差异无统计学意义(P=0.4353);RAPA+IR组较IR组Beclin-1和LC3表达均升高(P<0.0001);3-MA+IR组较IR组LC3表达降低(P=0.0093),Beclin-1表达水平差异无统计学意义(P=0.2352)。照射后第28天,放射线照射引起心肌组织Beclin-1和LC3表达均降低(P<0.05);RAPA+IR组较IR组Beclin-1、LC3表达均升高(P<0.05);3-MA+IR组较IR组Beclin-1表达降低和LC3表达均降低(P<0.05)。4.Tunel结果:照射后第14天,放射线照射引起心肌组织凋亡率升高(39.6±0.4%vs 53.5±8.3%,P=0.005);RAPA+IR组较IR组凋亡率差异无统计学意义(53.5±8.3%vs 55.4±1.4%,P=0.619),3-MA+IR组较IR组凋亡率降低(53.5±8.3%vs 40.8±2.4%,P=0.007)。照射后第28天,放射线照射引起心肌组织凋亡率升高(34.5±0.6%vs 44.7±3.3%,P=0.0139);RAPA+IR组较IR组凋亡率降低(44.7±3.3%vs 32.2±1.7%,P=0.0039),3-MA+IR组较IR组凋亡率升高(44.7±3.3%vs 63.2±4.2%,P=0.0003)。结论:1.大鼠心脏受照射后第14天,心肌组织结构尚正常,但左心室收缩功能下降,随着时间延长至照射后第28天,左心室室壁厚度增加,提示可能发生代偿性变化;2.大鼠心脏受照射后第14天,心肌细胞发生水肿变性,凋亡增加,心肌间质和血管周围炎细胞浸润,心肌间质胶原沉积增多,随着时间延长至照射后第28天,上述组织病理学变化进行性加重。3.放射线照射引起的自噬、炎症及纤维化可能为急性放射性心脏损伤的发生机制之一。4.自噬在放射性心脏损伤中可能发挥双向调节作用,在不同时间点的作用机制不同。照射后第14天,增强自噬一定程度上加重了急性期的放射性心脏损伤;随着时间延长至照射后第28天,增强自噬在一定程度上减轻了急性放射性心脏损伤。