濕熱應激誘導小鼠心肌細胞凋亡的機制

王曉武，袁彬彬，林 曦，王顯悅，董文鵬，楊永超，張衛(wèi)達

(廣州軍區(qū) 廣州總醫(yī)院 心血管外科中心，廣東 廣州 510010)

濕熱應激誘導小鼠心肌細胞凋亡的機制

王曉武，袁彬彬，林 曦，王顯悅，董文鵬，楊永超，張衛(wèi)達*

(廣州軍區(qū) 廣州總醫(yī)院 心血管外科中心，廣東 廣州 510010)

目的探討濕熱應激誘導心肌細胞凋亡的作用機制。方法構建濕熱應激小鼠模型，分為濕熱應激組(42 ℃，RH 65%)(H組)和對照組(C組)；TUNEL法原位標記凋亡的心肌細胞，EIISA檢測Ang Ⅱ的表達水平；體外培養(yǎng)小鼠心肌細胞，分別加入caspase-3抑制劑Z-DEVD-FMK和P38 MAPK抑制劑SB203580共培養(yǎng)24 h，隨后加入Ang Ⅱ共培養(yǎng)24 h；Annexin V-FITC凋亡試劑盒檢測細胞凋亡率；Western blot檢測P38 MAPK及caspase-3的表達水平。結果濕熱應激條件導致小鼠心肌細胞凋亡率明顯高于常規(guī)組，且伴隨有大量Ang Ⅱ的生成(Plt;0.05)；體外實驗證實，Ang Ⅱ能夠劑量依賴性的誘導心肌細胞凋亡，同時誘導caspase-3和P38 MAPK的活化；Z-DEVD-FMK預處理明顯抑制Ang Ⅱ誘導的心肌細胞凋亡，表明Ang Ⅱ主要通過caspase-3活化途徑來誘導心肌細胞凋亡；此外，SB203580可抑制Ang Ⅱ誘導的caspase-3的表達。結論濕熱應激誘發(fā)心肌細胞凋亡主要是通過Ang Ⅱ誘導的P38 MAPK-caspase-3通路來實現(xiàn)的。

濕熱應激；血管緊張素Ⅱ；細胞凋亡；P38 MAPK；caspase-3

高濕熱環(huán)境對機體各個系統(tǒng)均有不同程度的損害，極端濕熱環(huán)境可以導致某些蛋白結構和功能改變，導致體能減弱甚至死亡，也是誘發(fā)心血管疾病的重要原因[1-2]。研究顯示，濕熱應激能夠?qū)е滦募〖毎蛲觯以跍囟壬哌^程中細胞凋亡速率增加[3]。

細胞生長、分裂、衰老、凋亡等改變受多種因素影響，血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)在影響細胞改變的因素中占最主要地位。越來越多的證據(jù)表明，濕熱應激條件可能引發(fā)腎素-血管緊張素系統(tǒng)活性被激活，進而導致心肌細胞凋亡[4, 5]。但是，濕熱應激導致心肌細胞凋亡的分子機制目前尚不清楚。

本實驗通過研究濕熱應激誘導小鼠心肌細胞凋亡的機理，為探討高濕熱環(huán)境下心肌細胞凋亡分子機制的研究奠定基礎，同時為高濕熱環(huán)境下作業(yè)人群心臟功能的防護提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

清潔級BALB/c小鼠60只 (5月齡)，體質(zhì)量20～23 g，雌雄不限，由南方醫(yī)科大學實驗動物中心提供 (合格證號：2005A050)。Annexin V-FITC凋亡試劑盒(南京凱基生物有限公司)，小鼠Ang Ⅱ EIISA酶聯(lián)免疫試劑(自上海研卉生物科技有限公司)，TUNEL(Roche公司)，DMEM培養(yǎng)基(上海高創(chuàng)化學科技有限公司)，兔抗鼠P38 MAPK、P-P38 MAPK和caspase-3抗體(Bioworld公司)。

1.2 方法

1.2.1 熱應激小鼠模型構建：BALB/c小鼠60 只，隨機分為高溫組(42 ℃，RH 65%)(H組)、常溫組(C組)，各30只。置動物于模擬氣候艙，H組小鼠置于高濕熱環(huán)境中；C組在室溫條件下進行相同強度訓練。兩組小鼠在培養(yǎng)期間，每天進行高中等訓練3次，每次30min，持續(xù)14 d，運動后自由進食。

1.2.2 EIISA檢測Ang Ⅱ的表達水平： 腹腔注射50 mg/kg戊巴比妥鈉(3%)麻醉小鼠后，取出心臟，4 ℃預冷的0.9%氯化鈉注射液逆行灌洗主動脈，然后用濾紙吸干。切取左室心尖部分心肌組織3塊。其中2塊分別編號放入-70 ℃冰箱保存待測，另外一塊在處理干凈后快速冷凍，切碎，然后加入冰乙酸(1 mol/L)靜置過夜，4 ℃，15 000r/min離心40 min，取上清。加入乙醚振蕩混勻后繼續(xù)蒸干，加入等量PBS完全溶解后，用EIISA試劑盒測定Ang Ⅱ濃度。具體操作步驟按照操作說明，簡述為甲醇洗脫，蒸發(fā)后，用100 μL EIA稀釋兩遍，加入96孔板37 ℃孵育1 h，棄去上清，洗滌后加入IgG避光孵育6～8 h，再次棄去上清，洗滌后加入Ellman氏試劑，避光靜置1 h，用分光光度儀405 nm波長測定Ang Ⅱ含量，1式3份。

1.2.3 TUNEL染色：取樣操作同1.2.2，用4%多聚甲醛室溫固定40 min，PBS清洗后70%乙醇在-20 ℃條件下靜置1 h，PBS清洗后加入3% H2O2的甲醇室溫放10 min，PBS清洗后置于1% Triton X-100+0.1%檸檬酸鈉4 ℃靜置3 min，PBS洗滌后加入TUNEL反應混合物，37 ℃放置90 min，PBS洗后加入POD 37 ℃放置40 min，PBS清洗后DAB 100 μL室溫靜置10 min，加入蘇木精進行對比染色2 min，得到棕色沉淀， 100倍顯微鏡下分析結果。

1.2.4 心肌細胞培養(yǎng)及處理：取出生半天的小鼠，無菌操作取出心臟，迅速放入D-Hanks溶液中，剪取心尖部分的心室組織，用預冷的0.9%氯化鈉注射液清洗，除去血污。剪碎后加入消化液(0.1%分散酶、0.05%胰蛋白酶、0.1% Ⅱ型膠原蛋白酶)，37 ℃振蕩培養(yǎng)消化15 min。棄上清重復3次。離心棄上清，沉淀細胞重懸計數(shù)后，培養(yǎng)于含血清的培養(yǎng)液(DMEM培養(yǎng)基10%馬血清，5%的胎牛血清)，差速貼壁的方法富集心肌細胞。計數(shù)后按照細胞1×105個/mL濃度，每皿2 L細胞懸液培養(yǎng)于培養(yǎng)皿。原代培養(yǎng)心肌細胞，每3孔為一組接種于24孔板中，每孔細胞約為1×108個/mL。將細胞隨機分為3組：A組，用分別含有1×10-6、1×10-7和1×10-8mol/L濃度梯度 Ang Ⅱ的DNEM培養(yǎng)液培養(yǎng)；B組，1×10-6mol/L Ang Ⅱ和SB203580處理組；C組，1×10-6mol/L Ang Ⅱ和Z-DEVD-FMK處理組；DNEM培養(yǎng)液加DMSO作為對照。均培養(yǎng)24 h后觀察結果。

1.2.5 AnnexinV-FITC檢測細胞凋亡，按照說明書操作。

1.2.6 Western blot：提取各組細胞總蛋白：棄培養(yǎng)基后，用4 ℃預冷的PBS緩沖液洗滌細胞，洗2次后加入200 μL預冷的裂解液，冰上放置20 min，4 ℃，12 000r/min離心10 min，取上清測即為總蛋白。200 μg總蛋白加入上樣緩沖液總體積至30 μL，樣品處理后進行SDS-PAGE電泳。電泳結束后，采用半干轉(zhuǎn)法將蛋白轉(zhuǎn)移至PVDF膜上，用5%脫脂奶粉4 ℃過夜孵育，TBST洗滌3次后加一抗37 ℃孵育1 h，再次用TBST洗3次，加入二抗。ECL底物顯色，紅外線燈照射顯影。

1.3 統(tǒng)計學分析

2 結果

2.1濕熱應激對心肌細胞凋亡率及小鼠AngⅡ蛋白表達水平的影響

與對照組相比，H組誘導檢測到大量棕色沉淀信號(圖1)。濕熱應激條件下Ang Ⅱ蛋白含量約為3 500 pg/mL，對照組約為1 400 pg/mL。

圖1 濕熱應激對小鼠心肌細胞凋亡的影響Fig 1 The role of damp-heat on the myocardial apoptosis (×100)

2.2 Ang Ⅱ?qū)π募〖毎蛲龅挠绊?/p>

Ang Ⅱ能夠誘導大量陽性信號的產(chǎn)生(圖2A)。定量分析數(shù)據(jù)顯示，Ang Ⅱ 濃度為1×10-7和1×10-6mol/L時誘導的心肌細胞凋亡率顯著高于對照組 (Plt;0.05)(圖2B)。

A.apoptosis of myocardial cell detected by Annexin V; B.quantitative analysis of myocardial cell apoptosis rate； *Plt;0.05, **Plt;0.01 compared with control圖2 Ang Ⅱ預處理對心肌細胞的影響Fig 2 The role of Ang Ⅱ on apoptosis of myocardial cell

2.3AngⅡ通過活化caspase-3誘導心肌細胞凋亡

Ang Ⅱ誘導心肌細胞caspase-3蛋白大量活化(圖3A)。Caspase-3抑制劑Z-DEVD-FMK預處理后Ang Ⅱ誘導的細胞凋亡率明顯低于對照組(圖3B)。

2.4AngⅡ通過P38MAPK信號通路誘導caspase-3的活化

Ang Ⅱ明顯誘導心肌細胞P38 MAPK的活化(圖4A)，Ang Ⅱ蛋白表達量與對照組相比約為1.7倍(圖4B)。此外，P38 MAPK抑制劑SB203580預處理后，caspase-3的表達下降(圖4C)，約為對照組的0.3倍(圖4D)。

3 討論

高濕熱能誘導多種細胞凋亡，對于在高濕熱環(huán)境工作人員健康造成極大威脅。本實驗通過構建濕熱應激小鼠模型，檢測心肌細胞凋亡率，發(fā)現(xiàn)濕熱應激誘導小鼠心肌細胞大量凋亡，同時伴有Ang Ⅱ蛋白的大量表達。Ang Ⅱ在細胞血管平滑肌細胞(VSMC)生長、凋亡、細胞遷移、炎性反應和纖維化等多種變化中占主要地位[6-7]，但是， Ang Ⅱ是否參與濕熱應激誘導的心肌細胞凋亡及其分子機制尚不清楚。

*Plt;0.05 compared with control; #Plt;0.05 compared with Ang Ⅱ圖3 Ang Ⅱ通過活化caspase-3誘導心肌細胞凋亡Fig 3 Ang Ⅱ induced cardiomyocytes apoptosis by activating caspase-3

進一步體外實驗證實，Ang Ⅱ能夠劑量依賴的誘導小鼠心肌細胞大量凋亡。Caspase-3是多種細胞凋亡途徑中重要的效應蛋白酶，是細胞凋亡的主要執(zhí)行者[8]。Caspase-3與染色體凝聚和DNA片斷化等細胞凋亡的特征性標志均密切相關，同時是caspase家族介導的細胞凋亡的線粒體通路和死亡受體通路的交匯點[8]。本研究發(fā)現(xiàn)，心肌細胞與AngⅡ共培養(yǎng)可誘導caspase-3蛋白的活化，caspase-3抑制劑Z-DEVD-FMK預處理能夠顯著降低AngⅡ誘導的細胞凋亡，表明AngⅡ可通過誘導caspase-3蛋白的活化介導心肌細胞凋亡。P38 MAPK通路是MAPK信號通路的一種，在細胞多種信號傳導通路中起重要作，用參與應激介導的細胞凋亡反應[9-10]。進一步機制分析表明，Ang Ⅱ 可誘導P38 MAPK通路的活化，加入P38 MAPK抑制劑SB203580后caspase-3的表達明顯降低，表明濕熱應激誘導心肌細胞凋亡主要是通過Ang Ⅱ 誘導的P38 MAPK-caspase-3通路來實現(xiàn)的，提示Ang Ⅱ 可作為預防和治療濕熱環(huán)境誘導的心血管疾病的潛在靶標，對高濕熱環(huán)境作業(yè)的人群心臟功能的防護具有重要意義。

A.the role of Ang Ⅱ on the expression of P38; B.the role of SB203580 on the expression of caspase-3; *Plt;0.05 compared with control圖4 Ang Ⅱ通過P38MAPK信號通路誘導caspase-3的活化Fig 4 Ang Ⅱ activate caspase-3 by way of P38 MAPK

此外，有研究表明Ang Ⅱ可通過NADPH誘導的活性氧(ROS)的生成誘導多種血管效應[11]。一方面ROS可通過改變細胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)和對蛋白質(zhì)的氧化修飾影響甚至損害細胞膜、線粒體膜和DNA等的結構和功能，激發(fā) P38MAPK等信號通路活化促使細胞凋亡；另一方面過量的ROS可作為信號分子，并通過信號級聯(lián)反應，參與并調(diào)控細胞凋亡程序的啟動[12-13]。濕熱應激條件下，Ang Ⅱ是否通過誘導ROS產(chǎn)生來調(diào)節(jié)P38 MAPK介導的細胞凋亡還有待于進一步研究。

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Mechanism involved in damp-heat induced mice myocardial cell apoptosis

WANG Xiao-wu, YUAN Bin-bin, LIN Xi, WANG Xian-yue, DONG Wen-peng,YANG Yong-chao, ZHANG Wei-da*

( Centre of Cardiovascular Surgery, Guangzhou General Hospital of Guangzhou Military Command, Guangzhou 510010, China)

ObjectiveTo explore the mechanism of damp-heat induced mice myocardial cell apoptosis.MethodsIn this study, mice was exposed to damp-heat (42 ℃, RH 65%) (H group) environment or room temperature (C group). The myocardial cell apoptosis rates in tissues were analyzed by TUNEL staining. The expression levels of Ang Ⅱ were detected by EIISA assay. Cardiomyocytes of rats with 1 day were pretreated with caspase-3 inhibitor Z-DEVD-FMK, or P38 MAPK inhibitor SB203580, for 24 h, followed by culturing with the indicated dose of Ang Ⅱ. AnnexinV-FITC was used to analyze cell apoptosis ratio. In addition, the expression of caspase-3 and P38 MAPK was assessed by Western blot.ResultsThe rates of cell apoptosis and Ang Ⅱ expression levels in H group were significantly higher than those in C group (Plt;0.05).Invitro, Ang Ⅱ dose-dependently induced cardiomyocytes apoptosis, accompany with the up-regulation of caspase-3 and P38 MAPK expression. When preconditioning with Z-DEVD-FMK, the apoptotic ratio of cardiomyocytes was significantly attenuated in Ang Ⅱ-treated group, implying that Ang Ⅱ triggered cell apoptosis in caspase-3-depedent manner. Additionally, pretreatment with SB203580 dramatically abrogated caspase-3 expression induced by Ang Ⅱ.ConclusionsDamp-heat environment induced cardiomyocytes apoptosis by Ang Ⅱ-activated P38 MAPK-caspase-3 pathway. Consequently, Ang Ⅱ may be a potential target for innovative strategies against cardiovascular diseases induced by Damp-heat environment.

damp-heat stress; angiotensin Ⅱ; apoptosis; P38 MAPK; caspase-3

2013-08-21

2013-12-23

*通信作者(correspondingauthor)： weidazhanggz@163.com

1001-6325(2014)04-0531-05

研究論文

R 852.51

A