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研究背景及目的:
甲状腺功能减退症(甲减,Hypothyroidism)可使全身多脏器受累,其中心血管系统最为明显,占大约70%-80%,包括心律失常、心包积液、心脏假性肥大、左室收缩和舒张功能下降、冠状动脉粥样硬化性心脏病、高血压等。甲减时TH(ThyroidHormone,TH)分泌减少,可以在基因水平发挥作用影响心脏功能。微小RNA(microRNA,miRNA),是一类21-25nt单链非编码小分子RNA,具有高度的保守性、时序性和组织特异性,通常与靶mRNA的3非编码区(3Untranslatedregion,3-UTR)互补结合,在转录后阶段抑制其靶基因的表达TH。mir-206是一种心肌及骨骼肌特异性miRNA,在甲减时表达水平明显升高。作为mir-206的靶基因——胰岛素样生长因子-1(Insulin-likegrowthfactor-1,IGF-1)可以舒张血管、保护缺血心肌,并可促进心肌细胞肥大、增强心肌收缩力等。mir-206及IGF-1在甲减心肌病变中的发病机制未见相关报道。
本研究通过观察甲减动物模型的心肌损伤情况,应用实时定量聚合酶链反应(RealTimepolychainreaction,RealTime-PCR)检测心肌组织mir-206及其靶基因IGF-1的表达,Westernblot检测IGF-1蛋白表达水平,从而探讨甲减致心肌病变的分子生物学机制。
方法:
1.大鼠分组及甲减模型的建立:30只SPF级雄性Wistar大鼠,体重200~220克,随机分成3组:正常对照组(C组,n=8);甲减组(H组,n=22),行甲状腺全部切除手术,4周(4w)后测定血清促甲状腺激素(TSH)及总甲状腺素(TT4),TSH明显升高及TT4下降大鼠为甲减大鼠动物造模成功;甲减L-T4治疗组(HL组,n=8),甲减组大鼠造模成功后16w,于甲减组中随机选取8只,予皮下注射L-T4治疗8w。
大鼠按组分笼喂养,饲以普通大鼠饲料。所有大鼠于实验28w时,予10%水合氯醛(3ml/kg)腹腔注射麻醉,取心肌组织,一部分立即放入组织保存液中,并迅速转移至-70℃冰箱保存备用,另一部分置于4%多聚甲醛中固定24-48h,进行病理组织学样品制备。
2.血清甲状腺功能指标测定:大鼠甲状腺切除术后4w眶后静脉丛取血、甲减造模成功后24w于心脏取血,分离血清,血清送至中国医科大学内分泌研究所,应用免疫荧光方法测定血清TSH及TT4。TT4测定的灵敏度为1μg/dl。
3.心肌组织病理学检查:心肌组织H-E染色后,观察组织形态学变化。
4.心肌组织α-MHC及β-MHC表达检测:提取各组大鼠心肌组织RNA,RealTime-PCR方法检测α-肌球蛋白重链(MoysinHeavyChain,MHC)、β-MHC,比较C、H、HL三组心肌病变情况。
5.心肌组织mir-206及IGF-1表达检测:提取各组大鼠心肌组织RNA,RealTime-PCR方法检测mir-206的表达及IGF-1的mRNA的表达。提取各组大鼠心肌组织蛋白,Westernblot方法测定IGF-1的蛋白表达。
结果:
1.甲功与体重变化:甲状腺切除4w后,与C组比较,H组大鼠TSH(6.588±1.621vs0.053±0.014,P<0.01)及HL组大鼠TSH(4.955±1.011vs0.053±0.014,P<0.01)明显升高,H组TT4(1.745±1.007vs4.495±0.454,P<0.01)及HL组TT4(1.710±0.750vs4.495±0.454,P<0.01)明显减低,证实甲减造模成功;28w时,与C组比较,H组TSH(7.763±4.320vs0.083±0.040,P<0.01)明显升高,H组TT4(1.417±0.295vs3.945±0.713,P<0.01)减低,与H组比较,HL组TSH(0.420±0.150vs7.763±4.320,P<0.01)明显减低,HL组与C组比较TSH无差异(0.420±0.150vs0.083±0.040,P>0.05),HL组与H组比较TT4值(3.075±1.263vs1.417±0.295,P<0.01)升高,HL组与C组比较TT4值无差异(3.075±1.263vs3.945±0.713,P>0.05),证明皮下注射LT4治疗有效。28w时,大鼠体重与C组比较,H组(333.800±61.000vs530.500±39.300,P<0.01)和HL组(378.000±51.800vs530.500±39.300,P<0.01)均明显减低,HL组略高于H组,但差异无统计学意义(P>0.05)。
2.心肌病理改变:C组大鼠心肌纤维排列规整,细胞核染色质均匀分布,核呈椭圆型,位居中央,心肌细胞之间间隙紧密;H组大鼠心肌中,心肌细胞排列紊乱,心肌细胞之间间隙增宽,心肌细胞萎缩;HL组大鼠心肌细胞也有萎缩,但与H组大鼠相比病变减轻。
3.心肌组织α-MHC及β-MHCmRNA表达:与C组大鼠相比,H组大鼠心肌中α-MHC表达量(0.325±0.027vs1.008±0.137,P<0.01)明显减少,HL组α-MHC表达量(1.078±0.274vs1.008±0.137,P>0.05)略升高,与H组相比,HL组α-MHC表达量(1.078±0.274vs0.325±0.027,P<0.01)明显升高;与C组大鼠相比,H组β-MHC表达量(2.661±0.896vs1.027±0.265,P<0.05)明显升高,HL组β-MHC表达量(0.721±0.082vs1.027±0.265,P>0.05)略减低,H组比较,HL组β-MHC表达量(0.721±0.082vs2.661±0.896,P<0.01)明显下降。
4.心肌组织mir-206表达量:28w时,与C组(1.044±0.352)大鼠相比,H组大鼠(3.695±1.516)的mir-206表达量升高至对照组的2.539倍,差异有统计学意义(P<0.05);HL组(1.488±0.946)与C相比无明显差异(P>0.05),但与H组相比明显减少,差异有统计学意义(P<0.05)。
5.心肌组织IGF-1的mRNA表达:C组(1.015±0.185)、H组(1.298±0.412)、HL组(1.029±0.397)间比较,心肌组织中IGF-1的mRNA表达水平均无显著差异(P>0.05)。
6.IGF-1蛋白表达:28w时,与C组大鼠相比,H组大鼠(0.101±0.004vs0.149±0.003,P<0.01)IGF-1蛋白表达量明显下降,HL组IGF-1蛋白表达量(0.160±0.001vs0.149±0.003,P>0.05)无明显差异;与H组相比,HL组IGF-1表达量明显升高,差异有统计学意义(P<0.01)。
结论:
1.甲减大鼠α-MHC表达减少,β-MHC表达升高;病理结果显示甲减组大鼠心肌中心肌细胞萎缩,出现明显心肌改变。
2.甲减大鼠心肌中mir-206的表达升高,IGF-1的mRNA表达水平无明显变化,但IGF-1的蛋白表达水平下降,这种变化可以被L-T4所纠正。甲减大鼠心肌mir-206对IGF-1转录后抑制作用可能参与了甲状腺功能减退性心脏病变的发生。