西洋參通過調節(jié)Nrf2抑制主動脈弓縮窄術誘導的小鼠心室重構的研究.pdf

1、背景
　　 據世界衛(wèi)生組織(WHO)預測，在2020年心血管疾病將會成為世界上死亡率最高的疾病。心力衰竭是多種心血管疾病的最終結局，心室重構被認為是導致心力衰竭及其病情惡化的內在原因。當應激長期存在時，持續(xù)性心肌肥大發(fā)生失代償，從而導致心律失常，心力衰竭和猝死。心室重構的主要病理變化包括心室腔的異常擴張，心臟重量增加，心肌細胞肥大和凋亡，心肌間質纖維化和胚胎基因異常表達等。盡管目前的藥物方面有了很大的進展，但由于全世界范圍內心力

2、衰竭導致的死亡率和致殘率依然很高，所以有必要針對改善心室重構尋找新的治療靶點。
　　 1956年，DenhamHarman首次提出“自由基理論”，認為內源性自由基生成過多，可造成細胞內DNA、蛋白質、脂質和細胞元件的累積損傷。然而，越來越多的研究發(fā)現自由基及其衍生物有利的生物學效應。因此，自由基是一把“雙刃劍”，其生成和清除的動態(tài)平衡維持著內環(huán)境的穩(wěn)定。當自由基生成過多或清除過慢，超過細胞內的抗氧化能力時，就會發(fā)生氧化應激，從而

3、導致氧化損傷和疾病的發(fā)生。研究表明，氧化應激是導致心血管結構功能異常的重要原因之一，與動脈粥樣硬化、心肌肥厚和心力衰竭等疾病關系密切。雖然氧化應激損傷是許多疾病發(fā)生的基礎，但適度的氧化應激也會同時啟動機體產生內源性的保護作用。外源性過度清除自由基不僅抑制其正常的生理作用，也導致體內氧化-抗氧化系統(tǒng)的紊亂。因此，調節(jié)內源性抗氧化系統(tǒng)逐漸成為治療心血管疾病的研究熱點，但確切的治療靶點及其分子機制仍需進一步探討。
　　 NF-E2-r

4、elatedfactors(Nrfs)是啟動內源性抗氧化反應元件的轉錄因子，屬于有亮氨酸拉鏈結構的Cap'n'Collar(CNC)轉錄因子家族，該家族成員主要包括NF-E2、Nrfs和Bach1-2。Nrfs有Nrf1、Nrf2、Nrf3三個亞型，Nrf2是其中活性最強的轉錄調節(jié)因子。目前關于Nrf2的激活機制尚未完全闡明，其中，Nrf2-Keap1復合體的解離是Nrf2活化的主要方式之一。此外，調節(jié)Nrf2活性的其它途徑，如磷酸化、

5、競爭性抑制和轉錄后修飾等機制仍在研究中。Nrf2在心血管系統(tǒng)中表達廣泛，大量研究表明，Nrf2與動脈粥樣硬化、心肌缺血再灌注損傷和高血壓等疾病密切相關。Nrf2通過調節(jié)抗氧化基因的表達促進氧化還原的平衡，是多種心血管疾病的重要調節(jié)因子。
　　 中醫(yī)理論認為，人體各種生理病理變化都是陰陽變化的結果，陰陽失衡標志著疾病的產生。傳統(tǒng)中醫(yī)學中雖未見“氧化應激”的明確概念，但中醫(yī)理論的基礎與核心——陰陽學說，與氧化應激理論有許多共同點。例

6、如，二者的平衡都不是一成不變的，而是一種動態(tài)的平衡;一旦動態(tài)平衡遭到破壞，就會導致衰老或疾病發(fā)生;陰和陽，氧化和還原，雙方相互依存，互為根本;二者均從不同角度反應了維持人體內環(huán)境穩(wěn)定的重要性。盡管如此，陰和陽是對事物或現象某一屬性的概括，中醫(yī)陰陽平衡學說無法等同于氧化應激理論，二者之間的聯(lián)系還需進一步探討。
　　 為研究抗氧化應激因子Nrf2在心室重構中的作用，本實驗利用Nrf2敲基因和轉基因小鼠，通過縮窄主動脈弓(TAC)建立

7、小鼠壓力超負荷誘導的心室重構動物模型，觀察Nrf2對心室重構的保護作用，并探討其可能的機制。
　　 目的
　　 (1)分別觀察Nrf2轉基因小鼠和Nrf2敲基因小鼠TAC術后的心室重構情況;
　　 (2)探討Nrf2對心室重構的作用機制。
　　 方法
　　 1.實驗動物及分組
　　 Nrf2敲基因小鼠，品系為ICR/Sv129，52只8-9周齡的雄性Nrf2+/+和Nrf2-/-小鼠被納入

8、實驗，分為Nrf2+/+假手術組（13只），Nrf2+/+TAC組（13只），Nrf2-/-假手術組（13只）和Nrf2-/-TAC組（13只）。
　　 Nrf2轉基因小鼠，品系為FVB/NJ，44只8-10周齡的雄性小鼠被納入實驗，分為Nrf2wt假手術組（11只），Nrf2wtTAC組（11只），Nrf2tg假手術組（11只）和Nrf2tgTAC組（11只）。
　　 2.小鼠基因型鑒定
　　 異氟烷麻醉小鼠后

9、，給小鼠耳朵打孔及剪尾，用DNA提取試劑盒提取出小鼠尾巴的DNA，進行PCR擴增和凝膠電泳鑒定PCR產物。
　　 3.小鼠超聲檢測
　　 Nrf2敲基因小鼠:分別在小鼠8-9周齡，建立TAC模型后第7天，第14天，第21天和第28天進行心功能的超聲檢測。
　　 Nrf2轉基因小鼠:分別在小鼠8-10周齡，建立TAC模型后第7天，第14天和第28天進行心功能的超聲檢測。
　　 選用RMV707B探頭，頻率設

10、置為37.5MHz，探頭置于小鼠左側胸前，2D超聲示左室短軸切面，在乳頭肌水平應用M模式超聲記錄左心室運動情況，測量心率(HR)、舒張期左室內徑(LVIDd)，收縮期左室內徑(LVIDs)和舒張期左室前壁厚度(LVPWd)，根據以下公式計算左室短軸縮短率(LVFS):LVFS=[(LVIDd-LVIDs)/LVIDd]×100％
　　 4.建立小鼠TAC模型
　　 手術組小鼠用異氟烷麻醉后，剪開小鼠頸部和胸部皮膚，手術顯

11、微鏡下從胸骨切際剪至胸骨角上緣，暴露主動脈弓。將帶針的7-0縫線穿過主動脈弓，放置27號針頭，打結后去除針頭，造成主動脈弓狹窄，逐層關閉。假手術組除了不進行主動脈縮窄外，其余手術程序完全與模型組相同。
　　 5.標本留取
　　 TAC術后4周，處死小鼠。灌注后，迅速取下心臟和肺，分別稱重。分離左腿脛骨，測量長度。
　　 6.病理染色
　　 留取心臟標本，進行Masson染色、WGA染色。
　　 7

12、.免疫組織化學染色
　　 留取心臟標本，進行TUNEL染色、4-HNE和8-OHdG免疫熒光染色。
　　 8.Real-timeRT-PCR
　　 檢測左心室組織中的ANF、BNP、α-MHC、β-MHC、SERCA2a、NQO-1、HO-1、Txn-1和Txnrd-1mRNA表達水平，并以管家基因GAPDH作為參照。
　　 10.統(tǒng)計分析
　　 除標注外，所有數據用x±SD表示，組內組間差異比較

13、采用單因素方差分析。應用SPSS統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計學處理(Version16.0;SPSSInc)，P＜0.05有統(tǒng)計學差異。
　　 結果
　　 1.實驗小鼠的基因型鑒定
　　 在Nrf2敲基因小鼠的電泳結果中，只有700bp條帶的為Nrf2+/+小鼠，只有400bp條帶的為Nrf2-/-小鼠，有700bp和400bp兩條帶的為Nrf2+/-小鼠。
　　 在Nrf2轉基因小鼠的電泳結果中，在1058bp處有

14、條帶的為Nrf2tg小鼠，沒有條帶的為Nrf2wt小鼠。
　　 2.實驗小鼠的基本情況
　　 在Nrf2敲基因小鼠中，假手術組術后無小鼠死亡。TAC術后，Nrf2+/+小鼠的存活率為84.62％(11/13)，而Nrf2-/-小鼠的存活率為76.92％(10/13)，存活率降低。最終完成實驗的小鼠共47只，其中Nrf2+/+假手術組13只，Nrf2+/+TAC組11只，Nrf2-/-假手術組13只和Nrf2-/-TAC組

15、10只。術后小鼠體重各組間均無顯著統(tǒng)計學差異。
　　 在Nrf2轉基因小鼠中，假手術組術后無小鼠死亡。TAC術后，Nrf2wt小鼠的存活率為72.73％(8/11)，而Nrf2tg小鼠的存活率為81.82％(9/11)，高于野生型小鼠。最終完成實驗的小鼠共39只，其中Nrf2wt假手術組11只，Nrf2wtTAC組8只，Nrf2tg假手術組11只和Nrf2tgTAC組9只。術后小鼠體重各組間均無顯著統(tǒng)計學差異。
　　 3

16、.實驗小鼠的心功能變化
　　 在Nrf2敲基因小鼠中，與假手術組相比，TAC術后14天，Nrf2-/-TAC組和Nrf2+/+TAC組小鼠的LVIDs和LVPWd均增厚，LVFS降低，說明TAC術誘導小鼠心臟肥大，心肌舒縮功能受到抑制。到28天時，Nrf2-/-TAC組小鼠的心功能較Nrf2+/+TAC組小鼠下降更為明顯，二者存在統(tǒng)計學差異。假手術組小鼠心功能穩(wěn)定，手術前后和各組間無顯著差異。
　　 在Nrf2轉基因小鼠

17、中，TAC術后14天，Nrf2wt和Nrf2tg小鼠的LVIDd、LVIDs和LVPWd均比其對應的假手術組增厚，LVFS降低，但Nrf2tgTAC組小鼠中的LVIDd、LVIDs和LVPWd和其假手術組相比，沒有統(tǒng)計學差異，表明Nrf2過表達可延緩壓力負荷誘導的心室重構的進程。第28天時，Nrf2wtTAC組和Nrf2tgTAC組小鼠心臟進一步肥大，心肌舒縮功能明顯受到抑制，與假手術組比較，有統(tǒng)計學意義，而在TAC組中，Nrf2tg小

18、鼠的LVFS高于Nrf2wt小鼠，表明Nrf2可改善壓力負荷誘導的小鼠心功能受損。
　　 4.實驗小鼠心肺重量及心肌大小的變化
　　 在Nrf2敲基因小鼠中，假手術后Nrf2+/+和Nrf2-/-兩組小鼠間在心臟大小、心肺重量及心肌大小上無差異，TAC術后4周，由于心臟后負荷增加，心臟代償性肥大。Nrf2-/-TAC組小鼠的心臟大小、心臟重量、肺重量和心肌細胞的面積均明顯大于Nrf2+/+TAC組小鼠，二者間有統(tǒng)計學意義

19、，表明Nrf2-/-小鼠心功能比Nrf2+/+小鼠受損嚴重。
　　 在Nrf2轉基因小鼠中，TAC術后4周，Nrf2wt小鼠和Nrf2tg小鼠心臟均代償性肥大，但Nrf2wtTAC組小鼠心臟肥大的更為明顯，且其心臟重量、肺重量和心肌細胞的面積也明顯大于Nrf2tgTAC組小鼠，而假手術組兩種小鼠間未見明顯差異，表明Nrf2過表達可抑制壓力負荷誘導的心肌肥大。
　　 5.實驗小鼠的心肌纖維化情況
　　 在Nrf2敲

20、基因小鼠中，Masson染色后，假手術組左心室膠原組織染色均為陰性。TAC術后4周，Nrf2+/+TAC組小鼠左心室纖維化的面積為13.05％，而Nrf2-/-TAC組小鼠左心室纖維化面積為22.34％，明顯高于野生型小鼠，室間隔纖維化情況亦是如此。這表明Nrf2敲除促進了壓力負荷引起的心肌纖維化。
　　 在Nrf2轉基因小鼠中，TAC術后4周，小鼠心臟取材并進行Masson染色。Nrf2wtTAC組小鼠左心室纖維化的面積為11

21、.89％，而Nrf2tgTAC組小鼠左心室纖維化面積為8.96％，低于野生型小鼠，二者間有統(tǒng)計學意義。然而二者的室間隔和右心室的纖維化情況沒有差異。這表明Nrf2過表達能抑制TAC模型引起的左心室心肌纖維化。
　　 6.實驗小鼠的心肌細胞凋亡情況
　　 在Nrf2敲基因小鼠中，TAC術后4周，心肌細胞凋亡增多。在Nrf2+/+小鼠中，TAC組小鼠心肌細胞的凋亡數是假手術組的10倍，而Nrf2-/-小鼠TAC術后心肌細胞的

22、凋亡數是假手術組的14倍，明顯高于Nrf2+/+小鼠。這表明Nrf2敲除促進了壓力負荷誘導的心肌細胞凋亡。
　　 在Nrf2轉基因小鼠中，與假手術組相比，TAC術后4周，Nrf2wt小鼠和Nrf2tg小鼠的心肌細胞凋亡數均明顯增加。但TAC組中，兩種小鼠之間沒有統(tǒng)計學差異。這表明Nrf2過表達不能抑制小鼠心臟后負荷增加誘導的心肌細胞凋亡。
　　 7.Nrf2轉基因小鼠的心肌胚胎基因的表達
　　 在Nrf2wt小鼠

23、中，TAC術后，Nrf2wt小鼠的ANF，BNP和β-MHCmRNA表達升高，α-MHC和SERCA2amRNA水平降低，而術后的Nrf2tg小鼠的ANF，BNP，β-MHC和α-MHC，SERCA2a的表達比Nrf2wtTAC組小鼠分別有所降低和升高。表明Nrf2過表達可調節(jié)心肌α-MHC/β-MHC比值，抑制胚胎基因的表達，提高心肌細胞收縮力從而抗心室重構。
　　 8.實驗小鼠的心肌氧化應激情況
　　 在Nrf2敲基

24、因小鼠中，TAC模型導致Nrf2+/+和Nrf2-/-小鼠心臟4-HNE和8-OHdG的表達升高，同時，與Nrf2+/+TAC組小鼠相比，Nrf2-/-TAC組小鼠的4-HNE和8-OHdG的表達進一步升高，氧化應激損傷更為嚴重。這表明，Nrf2敲除能夠促進病理性壓力負荷誘導的心肌氧化應激損傷。
　　 在Nrf2轉基因小鼠中，假手術組的Nrf2wt和Nrf2tg小鼠心室4-HNE和8-OHdG表達極低，二組間無明顯差異。TAC術

25、后，與假手術組相比，Nrf2wt和Nrf2tg小鼠心臟左室4-HNE和8-OHdG表達均升高。同時，Nrf2tgTAC組小鼠的氧化應激損傷水平低于Nrf2wtTAC組小鼠，二者之間有統(tǒng)計學意義。這表明，Nrf2過表達能夠降低病理性壓力負荷誘導的心肌氧化應激損傷。
　　 9.Nrf2轉基因小鼠Nrf2下游基因的表達
　　 在Nrf2轉基因小鼠中，假手術組的Nrf2wt和Nrf2tg小鼠的Nrf2下游基因表達水平無差異;TA

26、C術后，與Nrf2wtTAC組小鼠相比，Nrf2tgTAC組小鼠的Nrf2下游抗氧化應激基因HO-1，NQO-1，Txn-1和Txnrd-1的mRNA表達均進一步提高，表明Nrf2過表達可促進其下游基因的表達增高，從而抑制壓力負荷誘導的心肌氧化應激損傷。
　　 結論
　　 轉錄因子Nrf2可抑制壓力負荷誘導的心肌細胞肥大、凋亡和纖維化，促進其下游抗氧化應激因子HO-1，NQO-1，Txn-1和Txnrd-1的mRNA表達