肺动脉高压致右室心肌肥厚的发病机制及动物模型研究

论文摘要

背景：肺动脉高压（Pulmonary arterial hypertension, PAH）是临床上多种心、肺、肺血管本身或全身系统性疾病所引起,表现为肺循环压力和阻力进行性增加,导致右心负荷增大,右心功能不全,肺循环血流减少,而引起的一系列临床表现。以炎症、纤维化、肺血管壁增生重塑为特征。美国国立卫生院（NIH）报道：PAH发病率为30-50/百万人,平均发病年龄53岁,如果不及时治疗平均生存时间2.8年。肺动脉高压是导致右室后负荷增加,右心衰竭的重要环节。研究发现,随着PAH的发生发展,猝死、恶性心律失常、心衰等心血管事件的发生率明显增加。PAH已经成为心血管疾病患病率和死亡率增加的重要危险因素。因此,阐明PAH的分子机制并发现治疗PAH的有效靶点尤为重要。目前认为PAH的发生由肺血管收缩、肺血管重塑、炎症反应及血栓形成等多种因素共同参与,是一种复杂的动态调节过程。在细胞水平上主要表现为血管平滑肌细胞、内皮细胞过度增生分化,血管壁外膜细胞外基质产物胶原、纤维素及弹力蛋白产生增多,从而使肺顺应性下降和通气换气功能降低。最近的研究表明,除纤维化和肺血管重塑以外,炎症和氧化应激在PAH的发生发展中也发挥着重要作用。各种机械性刺激、缺氧均可诱发氧化应激和活性氧自由基（Reactive oxidative species, ROS）的产生。ROS是炎症、纤维化及血管细胞增长的重要细胞内信号。超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase, SOD）可通过清除ROS的产生和脂质过氧化,发挥抗氧化抗炎作用,与心血管疾病密切相关。而SOD3在肺动脉高压中的作用,目前国内外尚未见报道。内质网（Endoplasmic reticulum, ER）是细胞内蛋白质合成、折叠的重要场所。缺血、低氧、蛋白合成增加及过氧化损伤等均可触发内质网应激（Endoplasmic reticulum stress, ERS）。适当激活未折叠蛋白反应、提高蛋白质折叠能力、具有细胞保护作用,但持续或严重的ERS可诱发细胞凋亡和组织损伤。CHOP （C/EBP homology protein）是CCAAT/（?）曾强子-结合蛋白（C/EBP）转录因子同源蛋白,又名生长停滞及DNA损伤基因153（Growth arrest and DNA damage inducible gene 153,GADD153）,是内质网应激相关凋亡信号。新近报道证实Chop在糖尿病、动脉粥样硬化及脑缺血再灌注损伤中发挥着重要作用。而Chop在PAH中的作用,目前国内外尚未见报道。因此,本课题主要观察SOD3与氧化应激,Chop与内质网应激在PAH中的变化,探讨氧化应激、内质网应激对PAH发生发展的作用,并进一步阐明其分子机制。方法：实验一：选取体重在120-140g、5-6周龄雄性盐敏感型（Salt sensitive, SS）大鼠,体重在25-30g、8-10周龄的C57BL/6品系雄性野生型小鼠（Wild Type,WT）为实验对象。分别建立野百合碱（Monocrotaline, MCT）诱导的大鼠PAH致右室心肌肥厚模型、低氧诱导的小鼠PAH模型及主动脉缩窄（Aortic Banding,AB）诱导的小鼠左心衰致肺高压模型。超声和血流动力学评价心功能,HE、Masson、a-SM及WGA染色观察肺纤维化、肺血管重塑、右室心肌肥厚及纤维化,Real-TimePCR检测炎症及纤维化标志物的mRNA表达水平。实验二：SOD3E124D基因突变型大鼠及野生型SS大鼠为实验对象。建立MCT诱导的大鼠PAH模型。超声和血流动力学评价心功能,HE、Masson、a-SM及WGA染色观察肺纤维化、肺血管重塑、右室心肌肥厚及纤维化,Western Blot检测各组肺组织中SOD1、SOD2、3’-NT的蛋白表达水平,氧化应激及抗氧化能力指标检测,Mn（Ⅲ）TMPyP进行抗氧化干预治疗,并应用SOD3基因敲除小鼠建立低氧诱导的小鼠PAH模型加以验证实验三：Chop基因敲除小鼠和C57BL/6品系野生型小鼠为实验对象。分为假处理组和低氧处理组,低氧诱导建立小鼠PAH模型。血流动力学评价心功能,HE、a-SM及WGA染色观察肺小血管重塑及右室心肌肥厚,Western Blot检测各组肺组织中凋亡、氧化应激相关指标及内质网应激（ERS）信号通路Chop上下游eif2a、ATF4、GADD34、ERO1a的蛋白表达水平。结果：血流动力学检测结果表明,MCT、低氧诱导的PAH模型及AB诱导的左心衰致肺高压模型中,右室压（Right ventricular pressure, RVP）比假处理组均明显升高（P<0.05）,病理学检查见肺纤维化、肺小血管完全肌化（Fully muscularizedvascellum, FM）比例及右室心肌细胞面积明显增大（P<0.05）；炎症及纤维化标志物fNF-α、IL-1β、MCP-1、TLR-4和TGF-β1、Collα1、Col3α1的mRNA表达水平明显升高（P<0.05）。超声结果表明,MCT所诱导的大鼠PAH模型组中RVEDA、RVESA及RVEDA/LVEDA较假处理组明显升高（P<0.05）；SOD3E124D基因突变型大鼠的RV/LV+S、RV/TL、FM比例、右室纤维化以及右室心肌细胞横截面积较野生型SS大鼠升高更加明显（P<0.05）。Western Blot检测显示3’-NT的蛋白表达水平及TBARS水平增加更高（P<0.05）。Mn（Ⅲ）TMPyP抗氧化治疗后RVP、RV/LV+S及FM比例显著降低（P<0.05）。SOD3基因敲除小鼠及C57BL/6品系野生型小鼠建立的低氧诱导的PAH模型中表型趋势与大鼠实验相一致。Western Blot检测结果显示,大鼠肺动脉高压模型组中Chop、BIP、P-eif2a、ATF4、GADD34、ERO1a、Bax、C-caspase-3、4HNE表达升高（P<0.05）。低氧诱导的小鼠PAH模型中,Chop基因敲除小鼠RV/LV+S、RV/TL、FM比例、右室纤维化以及右室心肌细胞横截面积明显低于C57BL/6品系野生型小鼠（P<0.05）；Western Blot检测发现Chop基因敲除小鼠肺组织中P-eit2a、ATF4蛋白表达水平较野生型小鼠升高更加明显（P<0.05）, GADD34、EROla的蛋白表达水平降低（P<0.05）。凋亡及氧化应激相关指标Bax、C-caspase-3、4HNE蛋白表达水平明显下降。结论：（1）MCT、低氧及AB左心衰竭均可成功诱导PH模型；（2）炎症、纤维化及肺血管重塑为PAH的主要病理学变化；（3）氧化应激参与了PAH的发生发展,SOD3在PAH模型中具有保护作用；（4）PAH模型中内质网应激增强,Chop蛋白诱导产生显著升高；（5）Chop基因敲除通过影响eif2a/ATF4/GADD34上下游信号通路,介导小鼠肺动脉高压的心肺保护。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 正文
• 第一部分 肺动脉高压致右室心肌肥厚动物模型的构建与评价
• 第二部分 SOD3及氧化应激在肺动脉高压致右室心肌肥厚中的作用研究
• 第三部分 Chop及内质网应激在肺动脉高压致右室心肌肥厚中的作用研究
• 参考文献
• 五、综述
• 正文
• 参考文献
• 七、后记