野百合碱致肺动脉高压大鼠肺动脉TRPC/SOCC信号通路变化

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肺高压(pulmonary hypertension,PH)的显著特点就是血管重构和肺动脉血管平滑肌中Ca2+稳态改变。先前的研究表明规范性瞬时感受器电位通道蛋白(canonical transient receptor potential,TRPC)是钙池操纵性钙通道(store-operatedCa2+channels,SOCC)的分子基础,在慢性低氧PH大鼠中TRPC表达上调、钙池操纵性钙内流(store-operated Ca2+entry,SOCE)增加。本研究采用另一种广泛应用的野百合碱(monocrotaline,MCT)诱发的肺动脉高压(pulmonary arteryhypertension,PAH)大鼠模型,首先观察TRPC表达及SOCE变化与PAH的发生发展之间的关系,进而检测TRPC通路中相关信号分子:基质相互作用分子(stromal interaction molecule,STIM)、Orai、TRPC、钙调神经磷酸酶(calcineurin,CaN)以及激活T细胞核因子(nuclear factor of activated T cells,NAFT)的表达变化,以期研究整个信号通路在MCT致PAH大鼠发病过程中的作用;并采用环胞素A(cyclosporin A,CosA)治疗3w,观察其对MCT诱发的大鼠PAH的防治作用,并进一步证实TRPC通路的作用。第一部分野百合碱致肺动脉高压大鼠肺动脉TRPC表达增加及SOCE功能增强目的:研究TRPC/SOCE通路在MCT诱发PAH发病过程中的作用,及其病理生理学意义。方法:SD大鼠以2%MCT按60mg/kg剂量一次性腹腔注射,建立MCT诱导的慢性PAH大鼠模型,测定以下指标:①PAH模型鉴定:平均右心室内压(meanright ventricular pressure,mRVP)、平均右心室收缩压(mean right ventricularsystolic pressure,mRVSP)、右心重量指数(right ventricular mass index,RVMI)、HE染色观察肺动脉结构重建;②用real-time RT-PCR方法检测肺动脉TRPC1-7mRNA表达,以及上调的TRPC亚型mRNA表达时间曲线,用Western blot方法检测其蛋白表达;③用离体肺动脉环灌注方法测定环匹阿尼酸(cyclopiazonicacid,CPA)诱导离体肺动脉环(pulmonary arteries,PAs)收缩效应及时间曲线,内皮素-1(endothelin-1,ET-1)诱导离体PAs收缩效应及不同SOCC阻断剂的阻断作用;④CPA及ET-1诱发的大鼠肺动脉平滑肌细胞(pulmonary artery smoothmuscle cells,PASMCs)胞浆游离Ca2+浓度([Ca2+]i)反应;⑤钆离子(gadolinium,Gd3+)和镧离子(lanthanum,La3+)对ET-1诱发的[Ca2+]i变化的阻断作用。结果:与正常对照组(CON组)相比:①MCT大鼠的mRVP、mRVSP和RVMI均明显增高,肺小动脉平滑肌层明显增厚,管腔减小,肺内小动脉管腔面积与其横截面积的比值明显减少,以及肺内小动脉管壁厚度与其半径的比值显著增加,提示MCT诱导大鼠产生显著PAH及右心室肥大;②在肺动脉TRPC1-7亚型中,TRPC1和TRPC4mRNA和蛋白表达明显增高;③SOCC通道激动剂CPA诱导的PAs收缩效应及PASMCs的[Ca2+]i也显著升高(P<0.01),提示MCT上调了SOCE功能;④TRPC1mRNA表达上调量高于TRPC4,峰值出现时间早于TRPC4,TRPC1mRNA表达时间曲线与CPA诱导PAs收缩效应时间曲线一致;提示TRPC1在SOCE中起重要作用;⑤MCT组ET-1诱发的PAs收缩效应的量效曲线明显左移,提示MCT大鼠PAs对ET-1的敏感性增强;⑥MCT大鼠中SOCE的阻断剂镧系元素Gd3+、La3+、非选择性阳离子通道阻断剂SK&F-96365和钙释放激活通道(Ca2+release-activated channel,CRAC)阻断剂BTP-2对10nM ET-1引起的PAs收缩效应的阻断作用显著增强,且Gd3+和La3+对10nM ET-1引起的PASMCs的[Ca2+]i增加的抑制作用显著高于CON组,提示SOCE在MCT大鼠PAs的ET-1高反应性中起重要作用。结论:MCT诱发的大鼠PAH,与肺动脉TRPC1/4表达增加以及其介导的SOCE增强有关,且上调的TRPC1/4/SOCE在MCT大鼠ET-1高反应性中起重要作用,TRPC1mRNA表达上调量高于TRPC4,峰值出现时间早于TRPC4,TRPC1mRNA表达时间曲线与CPA诱导PAs收缩效应时间曲线一致;支持TRPC1介导SOCE是PAH/PH发病过程中一个重要信号分子这一假说。第二部分野百合碱致肺动脉高压大鼠肺动脉TRPC通路信号分子的变化目的:通过观察MCT致PAH大鼠肺动脉TRPC通路信号分子(STIM-Orai-TRPC-CaN-NAFT)的变化,探讨整个信号通路在MCT诱发的大鼠PAH发病过程中的作用和机制。方法:采用real-time RT-PCR方法检测该信号通路中相关信号分子的mRNA表达变化,并进一步用Western blot验证相关信号分子蛋白表达变化。针对有变化的信号分子进行mRNA表达时间曲线检测,分析这些信号分子表达变化与CPA诱导PAs收缩效应和mRVP时间曲线之间的相关性。结果:①在TRPC上游信号分子(STIM和Orai)中,MCT预处理上调了STIM2、Orai1和Orai2mRNA的表达,STIM1和Orai3mRNA表达无显著变化,Westen-blot结果与real-time RT-PCR结果相一致。②在TRPC下游信号分子(CaN和NFAT)中,MCT上调了CaNBβ、NFATc3和NFATc4mRNA的表达,而CaNAα/β/γ、CaNBα和NFATc1/2表达变化无显著性差异。③表达上调的这些信号分子进行mRNA表达时间曲线检测时,发现STIM2-Orai1-TRPC1-CaNBβ-NFATc3/NFATc4在MCT注射后早期(3d)mRNA表达即出现显著增强,随后(5d)达到一个平台期,并一直维持到3w,而mRVP峰值出现在2w后,信号分子上调先于mRVP的升高,提示MCT可能通过上调STIM2-Orai1-TRPC1-CaNBβ-NFATc3/NFATc4诱发PAH,这种上调可能是PAH产生的原因。④CPA诱发的PAs收缩效应时间曲线与STIM2、Orai2以及CaNBβ表达时间曲线的存在很强的相关性;与TRPC1表达时间曲线的相关性显示其R值为0.716(P=0.071),TRPC1时间曲线分别与STIM2、Orai1、CaNBβ、NFATc4表达时间曲线有很强的相关性,CaNBβ表达时间曲线分别与mRVP、STIM2、Orai1、TRPC1、NFATc4的时间曲线与有很强的相关性。提示TRPC1-CaNBβ可能是该信号通路的中心环节。结论:MCT预处理3w可通过上调STIM2-Orai1/Orai2-TRPC1/TRPC4-CaNBβNFATc3/NFATc4等信号分子,诱发PAH及肺血管增生。对STIM1、Orai3、CaNA/CaNBα,以及NFATc1/NFATc2等信号分子没有影响。MCT预处理后,TRPC1及其相关信号分子(TRPC1-Orai1-STIM2-CaNBβ-NFATc4)上调先于mRVP升高,TRPC1-CaNBβ可能是MCT致PAH大鼠中各信号分子表达上调,SOCE功能增强,并最终引起mRVP增加的中心环节和启动因素。第三部分环胞素A治疗对野百合碱致肺动脉高压大鼠肺动脉TRPC通路信号分子变化的防治作用目的:观察CosA治疗对MCT大鼠PAH的防治作用,分析肺动脉STIM-Orai-TRPC-CaN-NFAT信号通路在PAH发病过程中的作用,为药物治疗PAH寻找新靶点。方法:将正常SD大鼠以2%MCT按照60mg/kg剂量一次性腹腔注射,同时将CosA按35mg/kg剂量隔天腹腔注射,正常饲养3w,建立CosA治疗MCT致肺动脉高压大鼠模型;测定以下指标:①mRVSP、mRVP、RVMI、HE染色观察肺动脉结构重建;②CPA诱导PAs收缩效应;③ET-1诱发PAs收缩效应量效曲线;④Gd3+对ET-1诱发PAs收缩效应的阻断作用;⑤STIM-Orai-TRPC-CaN-NFAT信号通路中各信号分子mRNA和蛋白表达变化。结果:与MCT组相比,①CosA组显著降低了mRVSP、mRVP和RVMI,HE染色可见肺小动脉平滑肌层增生减弱,肺内小动脉管腔面积与其横截面积的比值明显增加,以及肺内小动脉管壁厚度与其半径的比值显著减少,提示CosA治疗3w抑制了MCT诱发的PAH、肺血管重构以及右心室肥大;②CosA治疗3w后,CPA诱发的PAs收缩效应由MCT组的74.0±17.8%减少到MCT+CosA组的29.4±13.0%;MCT+CosA组中ET-1诱发PAs收缩效应量效曲线较之MCT组明显右移,EC50由MCT组的0.95±0.38nM增加到MCT+CosA组的3.26±0.38nM;③CosA治疗抑制了TRPC1/TRPC4mRNA表达的上调,以及其上游的Orai2、下游的CaNBβ和NFATc3mRNA表达的上调,而对STIM2和NFATc4mRNA表达的上调无影响。结论:CosA治疗MCT致PAH大鼠模型3w,可抑制MCT诱发的PAH、肺血管增生以及右心室肥大,抑制MCT大鼠肺动脉中TRPC1/4表达上调所介导的SOCE增强引起肺动脉收缩张力增大,以及对ET-1的高反应性。CosA治疗可能通过抑制Orai2-TRPC1/4-CaNBβ-NFATc3等信号分子上调从而达到抑制PAH发生发展的作用。综合上述,TRPC1介导SOCE是MCT诱发大鼠PAH发病过程中一个重要信号通路。结合我们先前在慢性低氧PAH大鼠中的研究结果,本研究首次提出TRPC1-SOCE是不同类型PAH发病过程中的一个共同的信号通路。MCT预处理可能通过上调STIM2-Orai1-TRPC1-CaNBβ-NFATc3/NFATc4信号分子,介导SOCE增强,胞浆游离Ca2+浓度增高以及肺动脉血管收缩张力增强,并进一步诱发PAH,肺血管增生与重构,以及右心室肥大。CosA治疗可通过下调Orai2-TRPC1/TRPC4-CaNBβ-NFATc3,达到抑制PAH发生发展的作用。这些结果为药物治疗PAH提供新思路和新靶点。
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