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基于肌浆网钙转运研究黄芪、丹参对肥大心肌细胞舒缩功能干预机制

作　者: 孙娅楠
导　师: 林谦
学　校: 北京中医药大学
专　业: 中西医结合临床
关键词: 丹参注射液 肥大心肌细胞 钙转运 钙调控蛋白 黄芪注射液 舒缩功能
分类号: R541.6
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


心力衰竭是高血压、缺血性心脏病、心脏瓣膜病等各种心血管系统疾病发展的终末阶段。心衰一旦发生,预后极差,其死亡率占心血管疾病总死亡率的40%。心衰发生发展的基本机制是心肌重构,其病理生理核心在于心肌细胞钙稳态平衡紊乱,进而导致心肌舒缩功能受损。其早期主要表现为舒张功能障碍,心肌顺应性降低,进而影响收缩功能,最终导致心功能不全。兴奋-收缩偶联障碍则是导致其舒缩功能不全的重要环节。心肌胞浆的Ca2+浓度周期性变化主要来源于肌浆网,肌浆网通过兰尼丁受体2(Ryanodine receptor, RyR2)快速释放Ca2+,引起胞浆Ca2+浓度迅速升高,引发心肌收缩,随后又由肌浆网钙泵(sarcoendoplastic reticulum Ca2+-ATPase, SERCA2a)在受磷蛋白(phospholamban, PLB)的调节下主动将Ca2+转运回肌浆网中,使胞浆Ca2+浓度回落而引起心肌细胞舒张,由肌浆网释放-摄取Ca2+引起的钙瞬变,将心肌中的电活动与机械活动偶联,与心肌收缩-舒张功能直接相关。以上钙转运关键因子都受到钙调素依赖性蛋白激酶Ⅱ(Calmodulin kinase, CaMKⅡ)的调控。肌浆网钙转运是心衰早期潜在的干预靶点。运用抑制剂或基因敲除方法抑制CaMKⅡ的过度激活,解除PLB对SERCA2a的抑制可以延缓心衰的进展,但如何推广到临床应用,尚需要大量试验研究。因此目前尚缺乏能被临床试验证实有效的药物可供使用。中医辨证论治在心衰早期干预方面具有一定的优势,临床研究认为气虚、血瘀是引起心衰发生、发展的基本病机。益气药黄芪、活血药丹参是治疗心衰的常用药,具有确切的临床疗效,在改善气虚血瘀证同时,可以改善心肌肥厚、延缓心衰的进展。本课题在大量文献整理、分析及既往研究工作的基础上,从心肌细胞肌浆网钙转运机制着手,阐释黄芪、丹参治疗心肌肥厚、预防心衰发生发展的药理学基础。方法1.心肌细胞特性观察实验：体外原代培养乳鼠心肌细胞,分为对照组(Control)与模型组(Model)。于给药后24、48、72h后运用倒置相差显微镜观察心肌细胞一般特性。HE染色及图像分析法记录细胞核／细胞质面积与直径等检测肥大心肌细胞模型的建立；相差显微镜下记录细胞搏动频率；活细胞工作站记录细胞搏动幅度。2.肥大心肌细胞钙转运的变化及黄芪、丹参对其调节作用：体外原代培养乳鼠心肌细胞,分为对照组(Control、模型组(Model).黄芪组(HQ)、丹参组(DS)、芪丹组(QD)、氯沙坦组(Losartan)。用钙荧光探针Fluo-4/AM进行负载,然后在波宽0.5ms,强度为20V的电刺激起搏下,于给药后24、48、72h,用单细胞收缩与离子测量系统动态记录单个心肌细胞的钙瞬变,提取特征参数：荧光强度变化率(△F)、基线荧光强度(Fo)、钙瞬变幅度(Ft)、峰回落时间(RTso)、衰减时间常数(τ)、-dp/dt max.观察不同时点AngⅡ对心肌细胞内钙瞬变的影响。同时观察丹参注射液和黄芪注射液的干预作用。3.肥大心肌细胞钙转运相关蛋白变化及黄芪、丹参对其干预作用：采用免疫荧光法及Western blot去在24、48、72h,观察不同时点AngⅡ对钙转运调控蛋白CaMKⅡ、SERCA2a、PLB荧光强度与蛋白含量及SERCA2a/PLB的影响。同时观察丹参注射液和黄芪注射液的干预作用。4.KN-93阻断CaMKⅡ后黄芪、丹参对钙瞬变的影响：采用KN-93阻断CaMKⅡ后应用激光共聚焦显微镜,观察48h黄芪注射液和丹参注射液对钙瞬变的干预作用。结果1.对心肌细胞特性的影响10-7mol/L AngⅡ刺激乳鼠心肌细胞24、48、72h后,乳鼠心肌细胞核／细胞质面积与直径显著增加；48h、72h后心肌细胞总蛋白含量与对照组比较显著增加。给予AngⅡ后24h模型组搏动频率较对照组下降,48h后显著减慢,随着AngⅡ作用时间延长,心肌细胞搏动频率不断减慢,至72h搏动频率达到最低。2.黄芪、丹参对肥大心肌细胞钙瞬变及其收缩功能的影响(1)给予Ang11后24h模型组与对照组比较,心肌细胞RTso与T值显著增加,-dp/dt max显著降低(P<0.05)；各中药组可使RTso与τ值降低至正常水平(P<0.05)(2)48h, AngⅡ对心肌细胞RTso、τ值与-dp/dt max的作用持续(P<0.05),并显著降低Fo、△F、Ft(P<0.05),各中药组可改善AngⅡ引起的上述变化使RT50、T值、-dp/dt max、F0、△F、Ft恢复至正常水平,氯沙坦组可降低F0、RT50与τ值(P<0.05)。(3)72h,模型组心肌细胞RT50、T值与.-dp/dt max的持续增加(P<0.05),F0、△F、Ft持续降低(P<0.05),各中药组可改善AngⅡ引起的上述变化,芪丹组可显著降低τ值且优于丹参组,氯沙坦组可显著增加△F、Ft与-dp/dt max (P<0.05).3.黄芪、丹参对肥大心肌细胞蛋白含量的影响免疫荧光检测：(1)24h模型组CaMK Ⅱ荧光强度较对照组显著增加(P<0.05),SERCA2a与PLB荧光强度虽略有下降,但无统计学意义。(2)48h模型组CaMK Ⅱ荧光强度增加的同时SERCA2a与PLB荧光强度显著下降(P<0.05)；各给药组可显著降低CaMK Ⅱ荧光强度,并使SERCA2a与PLB荧光强度显著增加。(3)模型组对CaMK Ⅱ. SERCA2a与PLB荧光强度的影响仍然持续；各给药组虽仍可抑制AngⅡ的上述作用,但仅对SERCA2a荧光强度的增加有统计学意义(P<0.05),对于PLB荧光强度的影响,只有芪丹组与氯沙坦组有显著差异(P<0.05)。Western blot检测：(1)24h,模型组和对照组相比CaMK Ⅱ蛋白含量显著升高(P<0.05),SERCA2a蛋白含量下降(P<0.05)；PLB蛋白含量与SERCA2a/PLB比率下降,但无统计学意义；黄芪组可降低CaMKⅡ蛋白含量,增加SERCA2a蛋白含量,至正常水平,同时可大幅度升高SERCA2a/PLB比例；丹参组与模型组相比可降低CaMKⅡ蛋白含量,略升高SERCA2a与SERCA2a/PLB比例,但没有统计学意义；芪丹组显著降低CaMKⅡ蛋白含量,增加SERCA2a与PLB蛋白含量,且优于单药使用。(2)48h与对照组相比模型组CaMKⅡ蛋白含量持续增加,SERCA2a、PLB蛋白含量有仍呈下降趋势,SERCA2a/PLB比率大幅度下降(P<0.05)；黄芪组与丹参组可显著降低CaMKⅡ蛋白含量,增加SERCA2a、PLB蛋白含量和SERCA2a/PLB比率；联合用药组可使CaMKⅡ蛋白含量显著下降,使SERCA2a、PLB蛋白含量和SERCA2a/PLB比率上升,且均优于单药组。4.黄芪、丹参对Ca2+/CaMKⅡ通路的影响48h,模型组和对照组相比Fo及RT50上升,△F下降(P<0.05)；黄芪组、丹参组与模型组相比可降低F0及RT5o,回升△F(P<0.05)；芪丹组与模型组比较使RT5o及Fo显著降低,并大幅度回升△F,且与单药组相比有显著差异(P<0.05)；氯沙坦组可降低RT50并增加△F(P<0.05)。给予模型组及各治疗组KN-93后检测心肌细胞钙瞬变。模型组心肌细胞△F、F0、Ft无显著性差异,提示肥大心肌细胞收缩功能得以改善,但RT50与对照组相比显著增加(P<0.05),表明心肌细胞舒张功能仍存在异常。黄芪注射液、丹参注射液、两药联合使用及氯沙坦在此基础上可以进一步RT50(P<0.05)。结论AngⅡ导致心肌细胞肥大-衰竭的过程中可引起心肌细胞核/细胞质面积与心肌细胞核/细胞质直径显著增加,搏动频率下降。给予AngⅡ后24h钙瞬变峰回落时间增加-舒张功能异常,至48h发生钙瞬变荧光强度变化率降低-收缩功能异常。提示在心肌细胞肥大-衰竭过程中,舒张功能障碍发生先于收缩功能。在早期即可引起心肌细胞钙转运相关蛋白CaMKⅡ、PLB、SERCA2a蛋白表达水平的变化,影响心肌细胞内钙离子浓度。黄芪、丹参对钙离子的调节作用是通过干预钙转运调控蛋白CaMKⅡ、PLB、 SERCA2a而实现,从而改善了心肌细胞的舒缩功能。黄芪在心肌细胞肥大早期既可改善钙调控蛋白含量与钙瞬变峰回落时间异常,衰竭初期黄芪,丹参可以调整心肌细胞钙瞬变与钙调控蛋白含量异常,从而改善心肌细胞兴奋-收缩偶联,两药联合应用在早期并未优于黄芪单独应用,但在衰竭期选择联合用药可以更好的改善肌浆网对钙离子的调节作用。两药联合的长程干预不但可以保护心肌细胞的舒缩特性,也可以拮抗心衰时心肌细胞钙瞬变及其调控蛋白的异常变化。氯沙坦在心肌细胞肥大早期并未体现组对与钙瞬变的调节作用,在衰竭初期可通过调节心肌细胞峰回落时间与T值改善舒张功能,在衰竭期则可显著改善钙瞬变幅度及其荧光变化率,影响心肌细胞收缩功能。此种变化显示了其对心肌细胞舒缩功能改善的不均一性,常常是舍弃其中一方而保全另一方,中药则不仅可以改善心肌细胞收缩功能,并且对舒张功能的作用也非常显著,体现了中药调节的整体性。黄芪、丹参改善肥大心肌细胞收缩功能的机制可能部分是通过抑制钙调蛋白激酶途径中CaMKⅡδ的表达而实现的,但对心肌细胞舒张功能的改善可能是另有其他途径,需要进一步研究。

全文目录


目录  3-5
中文摘要  5-9
ABSTRACT  9-14
英文缩略词表  14-15
前言  15-19
上篇 文献综述  19-39
  综述一 气血理论与心血管疾病  19-31
  综述二 钙调蛋白激酶Ⅱ在心肌肥厚和心力衰竭发展过程中的作用  31-39
下篇 实验研究  39-103
  实验一 心肌细胞特性观察实验  39-53
    材料与方法  39-45
    结果  45-49
    讨论  49-53
  实验二 肥大心肌细胞钙转运的变化及黄芪、丹参对其调节作用  53-71
    材料与方法  53-56
    结果  56-64
    讨论  64-71
  实验三 肥大心肌细胞钙转运相关蛋白变化及黄芪、丹参对其干预作用  71-91
    材料与方法  71-78
    结果  78-85
    讨论  85-91
  实验四 KN-93阻断CAMKⅡ后黄芪、丹参对钙瞬变的影响  91-103
    材料与方法  91-95
    结果  95-100
    讨论  100-103
总结与展望  103-105
参考文献  105-115
附图  115-119
致谢  119-121
个人简历  121-122

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中图分类: > 医药、卫生 > 内科学 > 心脏、血管（循环系）疾病 > 心脏疾病 > 血液循环衰竭
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