Genistein药物后适应对大鼠缺血—再灌注心肌的保护作用及其机制研究

论文摘要

研究背景:尽管在冠状动脉阻塞后及早恢复缺血心肌的血液灌注对挽救心肌死亡是至关重要的,但大量临床和实验研究发现,在一定条件下,当组织、器官重新获得血液供应时,不但未使组织细胞原有的缺血性损害减轻或恢复,反而进一步产生了新的有害损伤,这种损伤被称为缺血再灌注损伤。它是高等动物机体组织缺血再灌注后发生的普遍现象。如心脏手术、冠脉搭桥、脏器血供梗塞后再通、器官移植以及休克脏器低灌流纠正后都可能发生再灌注损伤。缺血再灌注损伤发生的机制包括氧自由基生成增多、细胞内钙超载、急性炎症反应和血管内皮细胞自稳态破坏等等。Murry等首先观察到狗心肌在经历几次反复短暂的缺血再灌注后,可以提高心肌组织对随后持续严重的缺血再灌注损伤的耐受性,此现象被称为缺血预适应。缺血预适应可以显著减轻心肌缺血再灌注损伤,但其临床应用价值有很大的局限性。Zhao等在对狗的缺血再灌注研究中首次发现,在再灌注的早期对心脏进行数次极为短暂的冠脉再灌注/再缺血可以显著减少心梗面积,减轻缺血再灌注损伤,并将此现象称为缺血后适应。缺血后适应的保护效应不亚于缺血预适应,并为临床应用提供了可操作的空间。缺血后适应现象的发现及对其产生保护效应机制的研究,给我们一个启示,如果在再灌注早期,及时给予某种药物干预,该药物在体内发挥的作用与缺血后适应类似,那么,这种药物干预对缺血再灌注损伤的保护和治疗作用将不仅具有深远的理论意义,也将具有广泛的临床应用前景。在缺血预适应产生机制的研究过程中,曾经证明在缺血前给予某些药物,可以模拟缺血预适应的心肌保护效应,这种药物干预过程称为药物预适应。因此,再灌注前的药物干预过程相应地被称为药物后适应。Genistein（GST）是1931年第一个从大豆中分离出的异黄酮类物质,它可以通过多种机制作用于靶组织,发挥多种生物学效应。它通过抗氧化和清除活性氧、抑制心肌钙超载、降血脂、影响血管反应性、抑制平滑肌细胞增殖、抑制心肌细胞凋亡、抗血栓形成等机制,对心血管疾病的预防和治疗产生积极的作用。心肌再灌注后迅速生成的活性氧类物质和细胞内Ca2+超载是启动心肌缺血再灌注损伤病理过程的两个最重要的触发因素。Genistein具有抗氧化、清除活性氧和抑制心肌钙超载的作用,因此将其确定为减轻心肌缺血再灌注损伤的候选药物。我们将利用在体、离体大鼠心肌缺血再灌注模型检验Genistein可能具有的药物后适应心肌保护作用及其机制。研究目的:1、利用在体大鼠心脏局部缺血再灌注模型,通过测量大鼠心肌梗塞面积、心肌酶和心功能指标的变化,以及观测心肌组织病理形态学和超微结构的变化,明确Genistein对缺血再灌注损伤后的大鼠心肌是否存在药物后适应的保护效应。2、通过观察Genistein对缺血再灌注损伤后的大鼠心肌组织、血清中NOS活力和NO含量变化的影响,以及对缺血再灌注损伤后心肌细胞凋亡的影响,结合在离体心脏局部缺血再灌注下,观测雌激素受体拮抗剂ICI 182780和酪氨酸磷酸酶抑制剂正钒酸钠对Genistein心肌保护效应的干预效果,分析Genistein产生药物后适应心肌保护效应的可能机制。研究方法:1、在体大鼠心脏局部缺血再灌注模型和Genistein药物后适应给药方式的建立实验采用240～260g健康Wistar大鼠,按照丁延风等报道的方法建立在体大鼠心脏局部缺血再灌注模型。可逆性结扎左冠状动脉前降支,阻断左冠状动脉前降支血流,造成心肌缺血,心电图显示ST段抬高≥0.15 mV时为模型缺血成功,缺血30分钟。松开结扎线实现再灌注,再灌注3小时。实验分为假手术组、缺血再灌注组、Genistein 0.1 mg/kg组、Genistein 0.3 mg/kg组、Genistein 1.0 mg/kg组、Genistein 2.0 mg/kg组和Genistein 5.0mg/kg组等七组。各不同剂量Genistein组,从再灌注开始前20秒至再灌注第1分钟结束,经股静脉微量推注方式给药。2、心脏梗死面积的测定实验结束时,从测压管侧孔,经颈动脉迅速注入2%Even’s blue 2ml,待大鼠口唇及足部蓝染后快速取出心脏,剔除左心室以外部分,将左心室垂直于心脏纵轴方向自心底向心尖平均切成六片环形的薄片,在37℃于1%TTC中避光孵育15 min后,用10%甲醛溶液固定24～48h。用扫描仪对心脏切面进行扫描,利用image-pro plus图像分析软件测定心肌危险区与梗塞区面积,对数据进行多组间单因素方差分析（ANOVA）统计分析。3、心肌组织病理形态学和超微结构变化的观察各组实验完成后,迅速取出心脏置于0℃生理盐水中,洗净心腔内残血,剪取冠状动脉前降支结扎线下约2mm处左室前壁组织（约0.2×0.2cm2大小）,经10%甲醛溶液固定后24～48h,常规石蜡包埋,4μm切片,常规HE染色,光镜（400×）下观察心肌组织病理形态学改变。留取的心肌左室前壁组织浸于2.5%戊二醛中,固定2～4小时,再用四氧锇酸固定2小时,丙酮脱水,环氧树脂618包埋,超薄切片,铀-铅双重染色,透射电镜（6000～20000×）下观察心肌组织超微结构改变。4、血清、心肌组织中酶学指标的测定实验结束时,经颈动脉测压管的侧孔,取动脉血1.5 ml,2000 r/min离心10 min,取上清,进行血清酶学指标测定;实验结束后,快速取出心脏,置于0℃生理盐水中,洗净心腔内残血,剪取冠状动脉前降支结扎线下约2mm处左室前壁组织（约0.2×0.2cm2大小）,制备10%的大鼠心肌组织匀浆,取心肌组织匀浆,10000 r/min离心10 min,取上清,进行心肌酶学指标测定。采用Bionewtrans Pharmaciutical Biotechnology Co.,Ltd.的goat anti-rat cardiac TroponinⅠ试剂盒,用夹心酶联免疫吸附测试法（定量）检测血清中心肌肌钙蛋白Ⅰ（Tn-Ⅰ）含量;采用南京建成生物工程研究所的丙二醛（MDA）试剂盒,用TAB法测定心肌组织中的MDA含量;采用南京建成生物工程研究所的超氧化物歧化酶（SOD）试剂盒,用黄嘌呤氧化酶法测定心肌组织中的总超氧化物歧化酶（T-SOD）活力,对数据进行多组间单因素方差分析（ANOVA）统计分析。5、心功能指标的监测在实验过程中用RM6240B生物信号采集处理系统2.0e全程记录从缺血前到再灌注3小时结束后的心电图和左心室内压力波形。在缺血后30 min、再灌注10 min、再灌注30 min、再灌注60 min、再灌注120 min和再灌注180 min等时间点,测定HR、LVSP、LVDP、+dp/dtmax和-dp/dtmax等心功能指标与缺血前相比,计算得到HR、LVSP-LVDP、+dp/dtmax和-dp/dtmax的回复率数据,应用重复测量的方差分析模型进行对比分析。6、血清NO含量和心肌组织NOS活力（分型）的测定血清和心肌组织匀浆检测标本的制备同方法4。采用南京建成生物工程研究所的一氧化氮（NO）测定试剂盒,用化学法测定血清中NO含量;采用南京建成生物工程研究所的一氧化氮合酶（nitric oxide synthase,NOS）测定试剂盒（分型）,测定心肌组织中的总NOS活力和iNOS活力,计算cNOS活力,对数据进行多组间单因素方差分析（ANOVA）统计分析。7、心肌细胞凋亡的观测采用德国Roche Diagnostics GmbH Mannheim公司的TUNEL凋亡检测试剂盒测定各实验组心肌组织中的凋亡细胞。留取的心肌左室前壁组织,经10%甲醛溶液固定后24～48h,常规石蜡包埋,4μm切片,用经多聚赖氨酸包被的玻片制作石蜡切片,严格按试剂盒说明书操作,制作TUNEL法凋亡检测石蜡切片,用荧光显微镜对切片上的凋亡细胞进行计数,计算凋亡指数,对数据进行多组间单因素方差分析（ANOVA）统计分析。心肌组织匀浆检测标本的制备同方法4,利用美国Biological公司的Caspase-3凋亡检测试剂盒测定各实验组心肌组织中的Caspase-3活性,计算各组Caspase-3的比活性,对数据进行多组间单因素方差分析（ANOVA）统计分析。8、离体大鼠心脏局部缺血再灌注模型和药物干预方式的建立实验采用240-260g健康Wistar大鼠,利用Langendorff离体心脏灌流技术,按照Hausenloy等报道的方法建立离体大鼠心脏局部缺血再灌注模型。离体心脏从主动脉插管,悬挂于Langendorff装置上,行主动脉逆行灌注,恒定流速9 ml/min。可逆性结扎左冠状动脉前降支,阻断左冠状动脉前降支灌流,造成心肌缺血,心电图显示ST段抬高≥0.15 mV时为模型缺血成功,缺血30分钟。松开结扎线实现再灌注,再灌注3小时。应用工具药物雌激素受体拮抗剂ICI 182780和酪氨酸磷酸酶抑制剂正钒酸钠,观测离体大鼠心肌梗塞面积、心肌酶和心功能等指标变化。实验分为假结扎组、缺血再灌注组、Genistein组、ICI182780组、正钒酸钠组、Genistein+ICI 182780组和Genistein+正钒酸钠组等七组。在再灌注前1 min,分别用含有药物的灌注液给予干预,直到再灌注后9 min,共干预10 min,建立不同药物干预组。研究结果:1、局部缺血再灌注对大鼠在体心脏的损伤作用缺血再灌注组心肌梗死区面积占危险区面积百分比、血清样品中心肌肌钙蛋白Ⅰ含量、心肌组织样品中MDA含量和SOD活力的测定值分别为47.25±1.89%、0.72±0.06 ng/ml、2.42±0.15 nmol/mgprot和23.38±1.67 U/mgprot,而假手术组各测定值分别为4.36±0.77%、0.22±0.01 ng/ml、1.27±0.10 nmol/mgprot和44.21±1.38 U/mgprot。与假手术组相比,缺血再灌注组显著增高了心肌梗死区面积、心肌肌钙蛋白Ⅰ和MDA含量,降低了心肌组织的SOD活力。缺血再灌注组的心率、LVSP-LVDP和-dp/dtmax回复率均显著低于假手术组。同时,缺血再灌注组的心肌组织表现出广泛坏死,肌纤维排列紊乱、断裂,部分心肌细胞核肿胀、固缩、破裂、溶解,线粒体形态异常,大量炎性细胞渗出等严重损伤的病理形态学和超微结构变化。以上结果显示局部缺血再灌注对在体心脏具有明显的损伤作用,同时也证实我们比较成功地建立了在体心脏缺血再灌注实验模型。2、Genistein药物后适应对心肌梗死区面积的影响Genistein 0.1 mg/kg组、0.3 mg/kg组、1.0 mg/kg组、2.0 mg/kg组和5.0 mg/kg组的心肌梗死区面积占危险区面积百分比分别为20.37±2.05%、16.93±2.26%、8.76±2.17%、28.46±2.34%和40.75±1.90%。与缺血再灌注组47.25±1.89%相比,分别显著减少了心肌梗死面积56.89%、64.17%、81.46%、39.77%和13.76%。但0.1～1.0 mg/kg组表现出剂量依赖性减少心梗面积,1.0～5.0 mg/kg组表现出剂量依赖性增加心梗面积。3、Genistein药物后适应对心肌组织病理形态学和超微结构变化的影响用光镜和电镜观察各组心肌组织病理形态学和超微结构的变化,经历30分钟缺血、3小时再灌注以后,心肌组织光镜下表现为广泛坏死,肌纤维排列紊乱、断裂,部分心肌细胞核溶解、消失,中性粒细胞大量渗出等变化;电镜下表现为心肌肌原纤维排列紊乱、大面积断裂、融合、消失,肌节结构不清,心肌细胞核肿胀、空亮,核膜不完整,核染色欠均匀,核染色质固缩、边聚,线粒体形态异常,肿胀,嵴排列紊乱,嵴断裂、消失形成大空泡,线粒体间糖原颗粒消失,双层细胞膜内包裹部分线粒体,与母细胞完全脱离,形成凋亡小体等变化。0.1～5.0 mg/kg各不同剂量Genistein组中,心肌组织损伤的病理形态学和超微结构变化随给药剂量不同而变化,呈现出0.1～1.0 mg/kg时损伤逐渐变轻,而1.0-5.0mg/kg时又逐渐加重。4、Genistein药物后适应对心肌组织和血清中酶学指标的影响0.1～5.0 mg/kg各不同剂量Genistein组和缺血再灌注组相比,血清样品中心肌肌钙蛋白Ⅰ含量、心肌组织样品中MDA含量均显著少于缺血再灌注组,心肌组织样品中SOD活力显著高于缺血再灌注组。0.1～1.0 mg/kg组表现出剂量依赖性减少心肌肌钙蛋白Ⅰ和MDA含量,增高SOD活力,1.0～5.0 mg/kg组表现出剂量依赖性增加心肌肌钙蛋白Ⅰ和MDA含量,降低SOD活力。5、Genistein药物后适应对心功指标回复率的影响Genistein 1.0 mg/kg组的心率、LVSP-LVDP、+dp/dtmax和-dp/dtmax等指标的回复率（%）分别为100.40%、109.69%、133.28%和116.03%,均显著高于缺血再灌注组,缺血再灌注组各指标的回复率分别为78.51%、77.96%、80.66%和79.32%。6、Genistein药物后适应对心肌组织各型NOS活力和血清NO含量的影响各不同剂量Genistein组和缺血再灌注组相比,血清样品中NO含量显著高于缺血再灌注组,其中,1.0 mg/kg组的NO含量最高;心肌组织样品中总NOS活力和cNOS活力显著高于缺血再灌注组,其中,1.0 mg/kg组的总NOS活力和cNOS活力最高;iNOS活力在各组之间没有差异,且iNOS活力比cNOS活力低得多。7、Genistein药物后适应对心肌细胞凋亡的影响缺血再灌注组的心肌损伤严重,凋亡指数高达28.58±2.37%,在0.1、1.0和5.0 mg/kg三个Genistein组中,凋亡指数分别为19.48±2.13%、10.55±1.93%和21.49±2.34%,其中,1.0 mg/kg组最低,各不同剂量Genistein组的凋亡指数与缺血再灌注组相比均有显著下降。设定假手术组心肌细胞Caspase-3比活性为1.00,缺血再灌注组与之相比,Caspase-3比活性增高至2.75±0.25,在0.1、1.0和5.0 mg/kg三个Genistein组中,Caspase-3比活性分别为1.51±0.15、1.28±0.10和1.71±0.13,其中,1.0 mg/kg组最低,各不同剂量Genistein组的Caspase-3比活性与缺血再灌注组相比均有显著下降。8、雌激素受体拮抗剂ICI 182780和酪氨酸磷酸酶抑制剂正钒酸钠对Genistein药物后适应作用的干预离体大鼠心脏局部缺血再灌注模型经不同药物干预后,ICI 182780组、正钒酸钠组、Genistein+ICI 182780组的心肌梗死区面积占危险区面积的百分比分别为48.92±1.63%、46.07±1.81%和29.02±1.65%,显著高于Genistein组10.35±1.74%,而Genistein+正钒酸钠组仅为7.45±1.40%,显著低于Genistein组。各药物干预组心脏灌流漏出液中T-SOD活力的变化趋势与心肌梗死区面积的变化趋势相反。离体心脏经过缺血30分钟、再灌注3小时后,心率回复率在各组之间不具有显著性差异;ICI 182780组、正钒酸钠组、Genistein+ICI 182780组的LVSP-LVDP、+dp/dtmax和-dp/dtmax各指标回复率显著劣于Genistein组;Genistein+ICI 182780组的各项心功能指标回复率数值,比较接近缺血再灌注组;Genistein+正钒酸钠组的各项心功能指标回复率,均与Genistein组非常接近,且数值上略好于Genistein组;ICI 182780组、正钒酸钠组的大部分心功能指标回复率与缺血再灌注组相比没有显著性差异。研究结论:1、利用在体大鼠心脏局部缺血再灌注模型证实,在再灌注早期静脉给予Genistein能有效减轻心肌缺血再灌注损伤。表现为心肌梗死面积减小,心肌肌钙蛋白Ⅰ和MDA含量下降,SOD活力升高,心功能指标回复率提高,心肌超微结构的破坏明显减轻,多方面地显示了Genistein药物后适应的心肌保护作用。2、在0.1～5.0 mg/kg剂量范围内,Genistein都具有明显的心肌保护作用,但表现出双向的剂量依赖性。在0.1～1.0 mg/kg剂量范围内其保护效应呈剂量依赖性增强,而在1.0～5.0mg/kg剂量范围内呈剂量依赖性减弱。3、通过心肌NOS活性与血清NO含量的测定,凋亡指数和Caspase-3比活性的测定,结合对雌激素受体拮抗剂和酪氨酸磷酸酶抑制剂对Genistein药物后适应作用干预的分析,提示Genistein药物后适应的心肌保护作用与增强心肌NOS活性、抑制细胞凋亡、和对雌激素受体的激动作用有关;它本身的酪氨酸蛋白激酶抑制作用,对心肌保护是不利的,这可能是大剂量范围内保护效应呈剂量依赖性减弱的重要原因。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 插图和附表清单
• 前言
• 第一章 Genistein药物后适应对大鼠在体心肌缺血再灌注损伤的影响研究
• 1.1 材料与方法
• 1.2 结果
• 1.3 讨论
• 1.4 参考文献
• 第二章 Genistein药物后适应对大鼠在体缺血再灌注心肌中NOS及其产物NO的影响研究
• 2.1 材料与方法
• 2.2 结果
• 2.3 讨论
• 2.4 参考文献
• 第三章 Genistein药物后适应对大鼠在体缺血再灌注心肌细胞凋亡的影响研究
• 3.1 材料与方法
• 3.2 结果
• 3.3 讨论
• 3.4 参考文献
• 第四章 Genistein药物后适应对大鼠离体心肌缺血再灌注损伤的影响机制研究
• 4.1 材料与方法
• 4.2 结果
• 4.3 讨论
• 4.4 参考文献
• 第五章 Genistein药物后适应对缺血再灌注心肌的保护作用及其机制研究的结论
• 第六章 不同剂量Genistein双向生物学活性的研究进展
• 6.1 抗氧化和氧化作用
• 6.2 雌激素样和抗雌激素样作用
• 6.3 genistein与肿瘤细胞增殖
• 6.4 genistein与细胞凋亡
• 6.5 genistein与骨质疏松
• 6.6 genistein对心肌缺血再灌注损伤作用的影响效应
• 6.7 参考文献
• 个人简介
• 致谢