尹佳 楊若晗 趙曉東 趙海云 劉繼偉 楊玉梅
中圖分類號 R541;R285 文獻標志碼 A 文章編號 1001-0408(2019)16-2253-05
DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2019.16.18
摘 要 目的:探討廣棗葉總黃酮對心肌缺血再灌注損傷(MIRI)模型大鼠的保護作用。方法:將雄性SD大鼠隨機分為假手術(shù)組、模型組、陽性對照組(維拉帕米,0.02 g/kg)以及廣棗葉總黃酮低、高劑量組(0.1、0.4 g/kg),每組10只。各給藥組大鼠灌胃相應藥物溶液(2 mL/100 g),假手術(shù)組和模型組大鼠灌胃等容生理鹽水,每日1次,連續(xù)7 d。末次給藥后,采用改良結(jié)扎法復制大鼠MIRI模型。采用生物機能實驗系統(tǒng)記錄再灌注期各組大鼠室性心動過速(VT)和室顫(VF)的發(fā)生次數(shù)及持續(xù)時間;采用酶聯(lián)免疫吸附雙抗體夾心法檢測其血清肌酐激酶(CK)活性以及腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白細胞介素6(IL-6)、核因子κB(NF-κB)、一氧化氮(NO)含量;采用蘇木精-伊紅染色法觀察其心肌組織形態(tài)學特征;采用TTC法檢測其心肌梗死范圍(即梗死心肌組織質(zhì)量與心室質(zhì)量的比值)。結(jié)果:與假手術(shù)組比較,模型組大鼠VT、VF的發(fā)生次數(shù)及持續(xù)時間均顯著增加或延長,血清CK活性以及TNF-α、IL-6、NF-κB含量均顯著增強或升高,NO含量顯著降低(P<0.05或P<0.01);心肌梗死灶明顯,細胞結(jié)構(gòu)損壞嚴重,肌纖維排列紊亂,細胞核固縮,且伴有炎癥細胞浸潤,其梗死心肌組織、心室的質(zhì)量以及心肌梗死范圍均顯著增加(P<0.01)。與模型組比較,各給藥組大鼠VT、VF的發(fā)生次數(shù)及持續(xù)時間均顯著減少或縮短,血清CK活性以及TNF-α、IL-6、NF-κB含量均顯著減弱或降低,NO含量均顯著升高(P<0.05或P<0.01);上述心肌損傷癥狀均有所改善,其梗死心肌組織、心室的質(zhì)量以及心肌梗死范圍均顯著減少(P<0.05或P<0.01)。結(jié)論:廣棗葉總黃酮可減輕MIRI所致的大鼠缺血性心律失常,減輕心肌組織損傷程度,減少炎癥因子釋放,促進心肌和內(nèi)皮細胞功能的恢復,縮小心肌梗死范圍,對其具有一定的保護作用。
關(guān)鍵詞 廣棗葉;總黃酮;心肌缺血再灌注損傷;心肌酶;炎癥因子;一氧化氮;大鼠
Study on Protective Effect of Total Flavonoids from the Leaves of Mongolian Medicine Choerospondias axillaris on Myocardial Ischemia Reperfusion Injury Model Rats
YIN Jia,YANG Ruohan,ZHAO Xiaodong,ZHAO Haiyun,LIU Jiwei,YANG Yumei(Baotou Medical College, Inner Mongolia University of Science and Technology, Inner Mongolia Baotou 014040, China)
ABSTRACT? ?OBJECTIVE: To investigate the protective effect of total flavonoids from the leaves of Choerospondias axillaris (TFLC) on myocardial ischemia reperfusion injury (MIRI) model rats. METHODS: Male SD rats were randomly divided into sham operation group, model group, positive control group (verapamil, 0.02 g/kg), TFLC low-dose and high-dose groups (0.1, 0.4 g/kg), with 10 rats in each group. Administration groups were intragastrically given relevant medicine (2 mL/100 g); sham operation group and model group were given constant volume of normal saline intragastrically, once a day, for consecutive 7 d. After last medication, MIRI model was induced by modified ligation method. The times and duration of ventricular tachycardia (VT) and ventricular fibrillation (VF) in rats were recorded with biological function experiment system during reperfusion period.The activity of CK and contents of TNF-α, IL-6, NF-κB and NO in serum were determined by ELISA double antibody clip art assay. The morphological characteristics of myocardial tissue was observed by HE staining. The myocardial infarction scope (i.e. the ratio of myocardial tissue mass to ventricular mass) was measured by TTC method. RESULTS: Compared with sham operation group, the times and duration of VT and VF were increased or prolonged significantly in model group; CK activity, serum contents of TNF-α, IL-6 and NF-κB were enhanced or increased significantly, while NO content was decreased significantly (P<0.05 or P<0.01). Obvious myocardial infarction focus, serious cell structure damage, disorderly muscle fibers arrangement, cell nucleus pyknosis and accompanied inflammatory cell infiltration were all observed in cardiac tissue; the mass of infarcted myocardial tissue and ventricular as well as the scope of myocardial infarction increased significantly (P<0.01). Compared with model group, the times and duration of VT and VF were decreased or shortened significantly in administration groups; CK activity, serum contents of TNF-α, IL-6, NF-κB were decreased significantly, while NO content was increased significantly (P<0.05 or P<0.01). The above symptoms of myocardial injury were improved;the mass of infarcted myocardial tissue and ventricular as well as the scope of myocardial infarction was significantly reduced (P<0.05 or P<0.01). CONCLUSIONS: TFLC can relieve MIRI-induced ischemic arrhythmia and myocardial damage, reduce the release of inflammatory factors, promote the recovery of myocardial and endothelial cell function, reduce the scope of myocardial infarction and has a certain protective effect.
KEYWORDS? ?Leaves of Choerospondias axillaris; Total flavones; Myocardial ischemia reperfusion injury; Myocardial enzymes; Inflammatory factors; Nitric oxide; Rat
心肌缺血再灌注損傷(MIRI)是目前臨床冠狀動脈搭橋術(shù)、經(jīng)皮冠狀動脈腔內(nèi)成形術(shù)和溶栓術(shù)等心臟介入性治療中常見的嚴重并發(fā)癥,預防或減輕MIRI是心血管疾病治療領(lǐng)域的重要研究方向之一[1]。有研究指出,他汀類、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑(ACEI)、三甲氧芐嗪、促紅細胞生成素等藥物以及骨髓干細胞(HUCB)移植均可預防或減輕MIRI,但效果并不理想[2]。近年來,臨床運用中醫(yī)學和民族醫(yī)學的獨特思路,積極探索其抗MIRI的作用及具體機制,取得了可喜的研究成果[3-4]。
廣棗,又名南酸棗,也叫山棗子、五眼果、鼻涕果,是漆樹科植物南酸棗[Choerospondias axillaris(Roxb.)Burttet et Hill.]的干燥成熟果實,為蒙醫(yī)常用藥材之一,具有行氣活血、養(yǎng)心安神之功效[5]。廣棗的主要活性成分為黃酮類化合物(即廣棗總黃酮),具有明顯的抗心律失常、抗氧化、增強免疫和抗心肌缺血等藥理作用[6-9]。近年來研究發(fā)現(xiàn),廣棗葉中也含有與廣棗果實中類似的黃酮類化合物(即廣棗葉總黃酮),具有明顯的抗心律失常和增強免疫的作用,且毒性較低[10-12],但尚未見有關(guān)廣棗葉總黃酮抗心肌缺血的相關(guān)報道。為此,本研究初步探討了廣棗葉總黃酮對MIRI模型大鼠的保護作用及對其相關(guān)指標的影響,以期為廣棗葉的開發(fā)利用提供實驗依據(jù),為廣棗葉總黃酮治療MIRI提供理論基礎(chǔ)。
1 材料
1.1 儀器
BL-420F型生物機能實驗系統(tǒng)、HX-300S型小動物呼吸機(成都泰盟科技有限公司);RT-6000型全自動酶標儀(美國Rayto公司);BX53型顯微鏡(日本Olympus公司);MTS 2/4型酶標板振蕩器(德國IKA公司);BSA224S-CW型電子天平(德國Sartorius公司);TGL-16G型高速離心機(上海安亭科學技術(shù)儀器廠)。
1.2 藥品與試劑
廣棗葉總黃酮提取物[廣東海洋大學理學院制備,批號:20070610,總黃酮類化合物含量≥5.00%(g/g)];鹽酸維拉帕米片(陽性對照,江蘇四環(huán)生物制藥有限公司,批號:0907281,規(guī)格:40 mg);大鼠肌酸激酶(CK)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白細胞介素6(IL-6)、核因子κB(NF-κB)、一氧化氮(NO)酶聯(lián)免疫吸附測定(ELISA)試劑盒(武漢賽培生物科技有限公司,批號分別為1080471、1080472、1080473、1080475、1080474);氯代三苯基四氮唑[TTC,北京化學試劑公司,批號:20120506;臨用前用磷酸鹽緩沖液(PBS,pH 7.5)稀釋,并用1 mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至7.4~7.8,制成1%的溶液,現(xiàn)用現(xiàn)配];蘇木精-伊紅(HE)染色液(上海化學試劑研究所,批號:20090420);甲醛、二甲苯、乙醇等試劑均為分析純,水為蒸餾水。
1.3 動物
清潔級健康雄性SD大鼠50只,8月齡,體質(zhì)量250~300 g,由北京大學醫(yī)學部(實驗動物科學部)提供,動物生產(chǎn)許可證號:SCXK(京)2016-0010。
2 方法
2.1 分組與給藥
所有大鼠均適應性喂養(yǎng)1周后,隨機分為假手術(shù)組、模型組、陽性對照組(維拉帕米,0.02 g/kg,以生理鹽水為溶劑;劑量按成人最大安全有效劑量的2.5倍換算而得)以及廣棗葉總黃酮低、高劑量組(0.1、0.4 g/kg,按廣棗葉總黃酮提取物質(zhì)量計,以生理鹽水為溶劑;劑量設(shè)置參考本課題組前期預實驗結(jié)果),每組10只。各給藥組大鼠灌胃相應藥物溶液(2 mL/100 g),假手術(shù)組和模型組大鼠灌胃等容生理鹽水,每日1次,連續(xù)7 d。
2.2 大鼠MIRI模型的建立
末次給藥后,采用改良結(jié)扎法制備大鼠MIRI模型。所有大鼠均于術(shù)前禁食、不禁水12 h,腹腔注射5%戊巴比妥鈉(30 mg/kg)進行麻醉,以仰臥位固定于實驗臺上,將生物機能實驗系統(tǒng)的針形電極插入其四肢皮下以記錄Ⅱ?qū)碾妶D(ECG)。切開氣管,連接動物呼吸機進行人工輔助呼吸(呼吸頻率:60~70次/ min,潮氣量:3~4 mL,呼吸時間比:2 ∶ 1)。開胸暴露心臟,于左心耳下緣約1 mm處用6號醫(yī)用縫針和1號醫(yī)用縫線穿過心肌淺層作一結(jié)扎,穩(wěn)定10 min后,曠置2 h;在穿線與血管之間放置寬3 mm的橡皮條,雙活結(jié)結(jié)扎左冠狀動脈前降支致缺血(ECG示R波增寬、ST段抬高即表明致缺血成功)30 min后,松開結(jié)扎線,恢復再灌注(ECG示抬高的ST段下降50%以上即表明再灌注成功)60~90 min。假手術(shù)組大鼠僅穿線不結(jié)扎,其余操作同上。
2.3 大鼠缺血性心律失常指標檢測
在整個實驗過程中,采用生物機能實驗系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測各組大鼠的ECG,并記錄其再灌注期缺血性心律失常相關(guān)指標[室性心動過速(VT)和室顫(VF)的發(fā)生次數(shù)及持續(xù)時間]的變化情況。
2.4 大鼠血清相關(guān)指標檢測
再灌注結(jié)束時,迅速采集各組大鼠腹主動脈血4 mL,靜置30 min后,以3 000 r/min離心20 min,取上層血清,于-80 ℃保存。臨檢測前取出,放至室溫,采用ELISA雙抗體夾心法以全自動酶標儀檢測各組大鼠血清中CK活性以及TNF-α、IL-6、NF-κB、NO含量。嚴格按照相應試劑盒說明書操作。
2.5 大鼠心肌組織形態(tài)學觀察
采血后取出各組大鼠心臟,用生理鹽水清洗。每組隨機選取2只大鼠的心肌組織適量,置于10%甲醛溶液中固定24 h后,用水清洗,縱向切取部分組織,經(jīng)乙醇梯度脫水、二甲苯透明、石蠟常規(guī)包埋后,自心尖沿平行房室溝的方向切片(厚度約5 μm),經(jīng)HE染色后,于顯微鏡下觀察各組大鼠心肌組織的形態(tài)學特征。
2.6 大鼠心肌梗死范圍檢測
取“2.5”項下每組其余8只大鼠的心肌組織,于 -20 ℃冷凍20 min后,沿冠狀溝切除心房,精密稱定心室質(zhì)量。由心尖至心基底部平行于房室溝將心室切成2 mm厚的心肌切片,共5片,放入37 ℃、1%TTC溶液中染色20 min,精密稱定梗死心肌組織(梗死心肌細胞不被染色,而正常心肌細胞可被染成紅色[13]),以其質(zhì)量與心室質(zhì)量的比值來表示心肌梗死范圍。
2.7 統(tǒng)計學方法
采用SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。計量資料以x±s表示,組間比較用LSD-t檢驗。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。
3 結(jié)果
3.1 廣棗葉總黃酮對MIRI模型大鼠缺血性心律失常相關(guān)指標的影響
與假手術(shù)組比較,模型組大鼠VT、VF發(fā)生次數(shù)均顯著增加,持續(xù)時間均顯著延長,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.01)。與模型組比較,各給藥組大鼠VT、VF發(fā)生次數(shù)均顯著減少,持續(xù)時間均顯著縮短,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05或P<0.01),詳見表1。
3.2 廣棗葉總黃酮對MIRI模型大鼠血清CK活性及TNF-α、IL-6、NF-κB、NO含量的影響
與假手術(shù)組比較,模型組大鼠血清CK活性以及TNF-α、IL-6、NF-κB含量均顯著增強或升高,NO含量顯著降低,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05或P<0.01)。與模型組比較,各給藥組大鼠血清CK活性以及TNF-α、IL-6、NF-κB含量均顯著減弱或降低,NO含量均顯著升高,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05或P<0.01),詳見表2。
3.3 廣棗葉總黃酮對MIRI模型大鼠心肌組織形態(tài)學特征的影響
假手術(shù)組大鼠心肌細胞結(jié)構(gòu)完整,肌纖維排列整齊,細胞核形態(tài)正常,心肌細胞無水腫。模型組大鼠心肌結(jié)構(gòu)損壞嚴重,肌纖維排列紊亂、腫脹斷裂,胞漿嗜酸性減弱,細胞核有固縮現(xiàn)象,并伴有炎癥細胞浸潤。各給藥組大鼠心肌細胞結(jié)構(gòu)完整,肌纖維排列整齊,細胞無腫脹、核固縮等現(xiàn)象,無炎癥細胞浸潤,心肌組織損傷癥狀較模型組明顯減輕,詳見圖1。
3.4 廣棗葉總黃酮對MIRI模型大鼠心肌梗死范圍的影響
假手術(shù)組大鼠心肌組織未見梗死灶。與假手術(shù)組比較,模型組大鼠心肌梗死灶明顯,梗死心肌組織、心室的質(zhì)量以及心肌梗死范圍均顯著增加,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.01)。與模型組比較,各給藥組大鼠上述指標均顯著減小,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05或P<0.01),詳見表3。
4 討論
心肌缺血再灌注可能會加重心肌細胞超微結(jié)構(gòu)損傷和功能障礙,使心臟的傳導性和不應期的均一性發(fā)生改變,造成靜息膜電位變低、心肌細胞的自律性提高,從而導致室性早搏、室性心動過速和心室纖顫等心律失常的發(fā)生,故心律失常是MIRI的主要表現(xiàn)[14-15]。本研究結(jié)果顯示,模型組大鼠VT、VF的發(fā)生次數(shù)及持續(xù)時間均較假手術(shù)組顯著增加或延長,提示模型復制成功。經(jīng)不同劑量廣棗葉總黃酮預處理后,大鼠VT、VF的發(fā)生次數(shù)及持續(xù)時間均較模型組顯著減少或縮短,提示廣棗葉總黃酮具有明顯的抗MIRI致心律失常的作用。
心肌缺血再灌注發(fā)生后,CK被大量釋放,導致血清中CK活性明顯增強,故血清CK活性是反映心肌損傷的敏感指標之一[16]。同時,心肌組織缺血使得其細胞膜受損,導致大量炎癥因子被釋放,這些炎癥因子是參與MIRI過程的重要因子[17]。其中,TNF-α可促進多種促炎因子的釋放和活性氧的生成,從而進一步加重再灌注期心肌組織的損傷程度[18];IL-6是炎癥反應的樞紐因子,可促使中性粒細胞流至缺血心肌組織中,并誘導該細胞與心肌細胞結(jié)合,造成心肌損傷[19];活化的NF-κB可啟動和調(diào)節(jié)與炎癥反應相關(guān)的細胞因子、炎癥因子編碼基因的表達,進一步加重心肌組織的炎癥反應[20]。由此可見,血清中TNF-α、IL-6、NF-κB的含量是評價心肌組織損傷程度的重要指標。NO為內(nèi)皮細胞源性舒張因子,可促進心肌和內(nèi)皮細胞的功能恢復,對維持心血管系統(tǒng)舒張活性狀態(tài)的恒定以及心肌血流灌注的穩(wěn)定、調(diào)節(jié)血壓和冠狀動脈的基礎(chǔ)張力具有重要意義[21]。本研究結(jié)果顯示,模型組大鼠血清CK活性以及TNF-α、IL-6、NF-κB含量均較假手術(shù)組顯著增強或升高,NO含量顯著降低,提示缺血再灌注后MIRI模型大鼠的心肌組織受到損傷,心肌細胞中有大量炎癥因子釋放,且心肌細胞及內(nèi)皮細胞結(jié)構(gòu)及功能受損嚴重。經(jīng)不同劑量廣棗葉總黃酮預處理后,大鼠血清CK活性以及TNF-α、NF-κB、IL-6含量均較模型組顯著減弱或降低,血清NO含量顯著升高,提示廣棗葉總黃酮可通過調(diào)節(jié)CK活性、抑制炎癥因子表達以及促進心肌和內(nèi)皮細胞功能恢復等途徑來發(fā)揮對MIRI模型大鼠的保護作用。
心肌組織形態(tài)學觀察是檢測心肌MIRI損傷最直接、可靠的方法[22]。本研究通過HE染色結(jié)果顯示,假手術(shù)組大鼠心肌細胞結(jié)構(gòu)完整,細胞核形態(tài)正常;模型組大鼠心肌結(jié)構(gòu)受損嚴重,肌纖維排列紊亂,細胞核固縮,且伴有炎癥細胞浸潤,提示其心肌發(fā)生MIRI。經(jīng)不同劑量廣棗葉總黃酮預處理后,各給藥組大鼠上述癥狀均有不同程度的改善,心肌組織損傷程度明顯減輕,提示廣棗葉總黃酮具有保護心肌組織的作用。
心肌缺血一定時間后,由于能量供給不足,鈣離子(Ca2+)進入線粒體增多,使得線粒體功能受損且細胞色素氧化酶系統(tǒng)功能失調(diào),導致機體對氧自由基的清除能力減弱,使氧自由基進一步增加,最終造成大量心肌細胞膜被破壞,細胞中的心肌酶釋放、丟失。其中,琥珀酸脫氫酶丟失過多可導致心肌組織無法被TTC還原染色[13],故可通過TTC染色試驗來評估心肌組織的壞死程度。本研究結(jié)果顯示,模型組大鼠心肌梗死灶明顯,梗死心肌組織、心室的質(zhì)量以及心肌梗死范圍均顯著增加,提示心肌細胞膜破壞嚴重,細胞中的心肌酶大量丟失。經(jīng)不同劑量廣棗葉總黃酮預處理后,各給藥組大鼠梗死心肌組織、心室的質(zhì)量以及心肌梗死范圍均顯著減小,進一步提示廣棗葉總黃酮具有保護心肌組織的作用。
維拉帕米是Ca2+拮抗劑,可抑制或阻斷心肌MIRI時的Ca2+內(nèi)流,降低細胞內(nèi)鈣超負荷,減少氧自由基的產(chǎn)生,是公認的MIRI心肌保護劑[23],故本研究將其作為陽性對照藥物。同時,本研究并未發(fā)現(xiàn)各給藥組大鼠各考察指標的組間差異,提示廣棗葉總黃酮的作用可能與維拉帕米相當,但其具體作用機制是否與陽性對照藥物類似,尚有待進一步研究予以證實。
綜上所述,廣棗葉總黃酮可減輕MIRI所致的大鼠缺血性心律失常,減輕心肌組織損傷程度,減少炎癥因子的釋放,促進心肌和內(nèi)皮細胞功能的恢復,縮小心肌梗死范圍,對其具有一定的保護作用。但本研究僅初步考察了廣棗葉總黃酮對MIRI模型大鼠的保護作用,尚不能證明廣棗葉總黃酮具有與廣棗總黃酮相似的藥理活性并可作為廣棗藥材的替代品,故仍有待進一步藥效學、藥動學和毒理學研究予以完善。
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(收稿日期:2018-10-16 修回日期:2019-05-05)
(編輯:張元媛)