PI3K/Akt 通路在紅景天苷治療急性一氧化碳中毒心肌損傷中的作用

李剛 韓楠楠 張可 李恒杰

急性一氧化碳中毒（acute carbon monoxide poisoning，ACOP）是我國常見的毒性氣體損傷[1]。一氧化碳（carbon monoxide，CO）可與血液中的血紅蛋白相結合形成碳氧血紅蛋白（carboxyhemoglobin，COHb），降低血紅蛋白的攜氧能力，造成相關器官損傷，嚴重者可導致死亡。ACOP 易損傷心臟，可導致心肌損傷、心律失常、心功能不全及急性心肌梗死[2-3]。本團隊前期研究結果顯示，紅景天苷對ACOP 導致的心肌損傷有保護作用[4]，但未明確紅景天苷對ACOP 心肌損傷治療作用的具體機制。缺氧誘導因子的活性亞基為缺氧誘導因子-1α（hypoxia-inducible factot-1α,HIF-1α），此外磷脂酰肌醇-3-激酶/ 蛋白激酶B（phosphatidylinosition-3-kinase/Akt，PI3K/Akt） 信號通路在心臟功能調節和代謝過程中扮演著重要角色，可調節心肌肥厚、心肌纖維化和心肌重塑，其表達與心血管疾病的發生發展關系密切。有研究表明紅景天苷可通過PI3K/Akt 促進HIF-1α 蛋白穩定表達[5]。本研究旨在探討PI3K/Akt通路在紅景天苷對ACOP 心肌損傷治療過程中的作用機制，現將結果報道如下。

1 材料和方法

1.1 材料 選擇SPF 級成年SD 大鼠48 只（由上海吉輝實驗動物有限公司提供），雌雄各半，平均體重（280±20）g，飼養于20～25 ℃、相對濕度范圍40%～70%的動物房中2 周。本研究經杭州赫貝科技有限公司動物倫理委員會批準（批準號：HB20200 119090021LG-B）。

1.2 主要試劑與儀器 99.99%高純度CO 氣體由瀘州西南化工研究所制備（批號：781941）；紅景天苷由成都德瑞可生物科技有限公司提供（批號：DRK-1900-943617，規格：5 mg/ 支），0.9%氯化鈉注射液由浙江大冢制藥有限公司提供（批號：20200416，規格10 ml/ 支）。PI3K/Akt 拮抗劑由美國MedChem Express 有限公司提供（批號：52336）；PI3K/Akt 激動劑由美國Santa Cruz 公司提供（批號：11928）；白細胞介素6 （interleukin-6，IL-6）、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α,TNF-α）、核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）、HIF-1α ELISA 試劑盒均由上海江萊生物提供（批號分別為：20268、10484、18090，113276）；紅細胞裂解液由杭州聯科生物提供（批號：MR0504-500；CD284）；PI3K/Akt/HIF-1α 抗體由美國eBioscience 提供（批號：12-9041-80）。

1.3 方法

1.3.1 模型制備 采用改良式腹腔注射CO 法制備大鼠重度CO 中毒模型[6]，即首次100 mL/kg CO 腹腔注射，每間隔4 h 追加1 次，追加劑量為首次劑量的一半（即50 mL/kg），共追加3 次，然后測定COHb，＞50%即為模型制備成功。

1.3.2 用藥方法 模型制備成功后，采用隨機數字表法將其分為4組，每組12 只，分別為單純紅景天苷組（紅景天苷組）、紅景天苷加PI3K/Akt 拮抗劑組（合并拮抗劑組）、紅景天苷加PI3K/Akt 激動劑組（合并激動劑組）及對照組。4組大鼠均采用尾靜脈注射方法予以紅景天苷（10 mg/kg）、紅景天苷（10 mg/kg）加PI3K/Akt 拮抗劑（0.5 mg/kg）、紅景天苷（10 mg/kg）加PI3K/Akt 激動劑（0.5 mg/kg）、0.9%氯化鈉注射液（5 mL/kg）注射。

1.3.3 大鼠COHb、存活率及心肌損傷標志物測定模型制備后立即眶下靜脈叢采血1 mL，采用全自動血氣分析儀測定COHb。記錄4組大鼠用藥后24 h存活率。用藥后24 h 眶下靜脈叢采血1 mL，采用全自動生化分析儀檢測4組天冬氨酸轉氨酶（aspartate aminotransferase，AST）、乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase,LDH）、肌酸激酶（creatine kinase,CK）、肌酸激酶MB 同工酶（creatine kinase-MB，CK-MB）水平。

1.3.4 心肌組織HE 染色 兩次采血后，予腹腔注射5%水合氯醛6 mL/kg 麻醉，立即打開胸腔，無菌條件下分離并取出心臟，取一半置于-80 ℃液氮保存、備用，余下部分于4%甲醛溶液中固定3 d，切成2 mm×2 mm×2 mm 左右的立方體小塊，流水沖洗組織中的甲醛。分別置于80%、90%、95%、100%的乙醇中浸泡40 min 脫水，二甲苯浸泡30 min，浸于液體石蠟4 h。使用石蠟包埋機對組織塊進行包埋，包埋后使用切片機切成4 μm 的石蠟薄片，放入65 ℃恒溫箱中12 h。脫蠟后依次用蘇木素、酸性乙醇、氨水、伊紅進行染色，最后用樹膠封片風干，顯微鏡下觀察心肌組織病理學改變。

1.3.5 心肌組織炎癥因子及HIF-1α 水平測定取出-80 ℃液氮中的心肌組織，化凍后放入體積比為1：5 的磷酸鹽緩沖液中進行組織勻漿形成勻漿液，然后將勻漿液放置在4 ℃下，以離心半徑為22.5 cm、3 000 r/min 離心10 min，吸取上清液，采用ELISA 法測定心肌組織中炎癥因子（IL-6、TNF-α、NF-κB）及HIF-1α 的水平，測定過程嚴格按照試劑盒說明書操作。

1.3.6 心肌細胞中PI3K/Akt/HIF-1α 表達水平測定 取吸除上清液的心肌組織懸液，加入500 μL磷酸鹽緩沖液，3 000 r/min 離心5 min，棄上清液，加入3 mL 紅細胞裂解液，室溫裂紅5 min 后3 000 r/min 離心5 min，棄上清液。取100 μL 心肌細胞懸液，按照抗體說明書的步驟和要求加入1 μL CD284（PI3K/Akt/HIF-1α）抗體，常溫避光孵育30 min，使用流式細胞儀檢測PI3K/Akt/HIF-1α表達水平。

1.4 統計學處理 應用SPSS 22.0 統計軟件，計量資料以 表示，多組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD-t 檢驗；計數資料組間比較采用χ2檢驗。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 4組大鼠COHb、存活率及心肌損傷標志物水平比較 見表1。

由表1 可見，4組大鼠存活率、AST、LDH、CK、CK-MB 水平比較差異均有統計學意義（均P＜0.01）。4組大鼠COHb 比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。紅景天苷組、合并激動劑組大鼠存活率高于對照組、合并拮抗劑組，差異均有統計學意義（均P＜0.05）。紅景天苷組、合并激動劑組AST、LDH、CK、CK-MB 水平均低于對照組、合并拮抗劑組，差異均有統計學意義（均P＜0.05）。

表1 4組大鼠COHb、存活率及心肌損傷標志物水平比較

2.2 4組大鼠心肌組織病理學改變 見圖1。

由圖1 可見，紅景天苷組炎癥細胞浸潤，組織間充血，肌纖維排列尚整齊，未見肌纖維斷裂。合并拮抗劑組部分肌纖維斷裂，炎細胞浸潤，組織間充血。合并激動劑組肌纖維排列較整齊，見少量炎細胞浸潤，未見明顯出血。對照組肌纖維排列紊亂，部分肌纖維斷裂，組織間大量紅細胞滲漏，可見炎細胞浸潤及部分細胞水腫。

圖1 4組大鼠HE 染色心肌組織病理學改變（A：紅景天苷組；B：合并拮抗劑組；C：合并激動劑組；D：對照組。黑色箭頭指炎癥細胞浸潤，灰色箭頭指出血，白色箭頭指肌纖維斷裂，×10）

2.3 4組大鼠心肌組織炎癥因子及HIF-1α 水平比較 見表2。

由表2 可見，4組大鼠IL-6、TNF-α、NF-κB、HIF-1α 水平比較差異均有統計學意義（均P＜0.01）。與對照組、合并拮抗劑組比較，紅景天苷組和合并激動劑組IL-6、TNF- α、NF-κB 水平較低，HIF-1α 水平較高，差異均有統計學意義（均P＜0.05）。與合并激動劑組比較，紅景天苷組IL-6、TNF-α、NF-κB 水平較高，HIF-1α 水平較低，差異均有統計學意義（均P＜0.05）。

表2 4組大鼠心肌組織炎癥因子及HIF-1α 水平比較（ng/mL）

2.4 4組大鼠心肌細胞PI3K/Akt/HIF-1α 表達水平比較 見圖2。

由圖2 可見， 紅景天苷組大鼠心肌細胞PI3K/Akt/HIF-1α 表達水平為（18.83±0.13）%，合并拮抗劑組表達水平為（5.92±0.33）%，合并激動劑組表達水平為（20.60±0.32）%，對照組表達水平為（6.62±0.08）%。與對照組、合并拮抗劑組比較，紅景天苷組和合并激動劑組PI3K/Akt/HIF-1α 表達水平較高，差異均有統計學意義（均P＜0.05）；與合并激動劑組比較，紅景天苷組PI3K/Akt/HIF-1α 表達水平較低，差異有統計學意義（P＜0.05）。

圖2 4組大鼠心肌細胞磷脂酰肌醇-3- 激酶（PI3K）/ 蛋白激酶B（Akt）/ 缺氧誘導因子-1α（HIF-1α）表達水平比較（A：紅景天苷組；B：合并拮抗劑組；C：合并激動劑組；D：對照組）

3 討論

紅景天苷是藏藥紅景天的提取物，我國古時對紅景天的應用在藏醫《四部醫典》和《本草綱目》均有記載。近年多項研究表明，紅景天苷有心臟保護作用，可以抑制心肌細胞的變性、壞死和凋亡，減弱心臟缺血再灌注損傷，增加心肌存活率，減少心肌凋亡，從而改善心臟功能[7-8]。ACOP 的機制為CO 與血液中的血紅蛋白結合，形成COHb，進而引起各器官、組織缺氧，而心肌是常累積的器官之一。前期研究結果已證實，紅景天苷對ACOP 導致的心肌損傷有保護作用[4]。

本研究結果顯示，紅景天苷組存活率較高，AST、LDH、CK、CK-MB 水平較低，心肌細胞炎癥浸潤、出血、肌纖維損傷較輕，心肌組織IL-6、TNF-α、NF-κB 水平較低，HIF-1α 表達水平較高；合并拮抗劑組不但未表現出單純給予紅景天苷治療的效果，而且其心肌損傷程度和對照組相似，同時HIF-1α 表達水平較低，而合并激動劑組存活率較高，心肌酶升高程度較低，心肌細胞接近正常大鼠，心肌組織IL-6、TNF-α、NF-κB 水平較低，同時HIF-1α 表達水平較高。本研究證實，PI3K/Akt 通路激活、拮抗對HIF-1α 表達起到了關鍵性作用。

有關研究顯示，PI3K/Akt 信號通路在心臟功能調節和代謝過程中扮演著重要的角色，HIF-1α 是HIF-1 的激活亞基，是PI3K/Akt 信號通路的下游調節靶點，是適應缺氧環境的調節器，可以通過增強血管內皮生長因子的表達調節血管生成影響HIF-1α蛋白表達水平，機體在遭受低氧刺激后，HIF-1α 水平會出現改變[9-10]。這與本研究中PI3K/Akt 通路激活、拮抗對HIF-1α 影響相一致。

該實驗對4組大鼠心肌細胞懸液中PI3K/Akt/HIF-1α 表達進行了檢測，結果顯示，紅景天苷組PI3K/Akt/HIF-1α 表達明顯增加，合并拮抗劑組接近于對照組，而合并激動劑組最高，這也與ACOP 大鼠存活率、心肌損傷程度、炎癥因子表達相一致。

紅景天苷作為一種應用較久的中藥，對心肌損傷保護作用的研究一直沒有間斷過。但是各項研究大部分是表述其治療作用，作用機制尚未完全明了。文獻顯示，對于ACOP，臨床常用高壓氧、醒腦藥物治療，而對心肌損傷治療的藥物卻比較少[11-12]。紅景天苷對ACOP 中毒心肌損傷鮮有研究，這也是本研究設立的原由和初衷。

綜上所述，本研究證實了紅景天苷對ACOP 心肌損傷的保護作用，同時，PI3K/Akt 通路在該治療過程中起到了至關重要的作用，至于是否有其他途徑并存，有待于進一步研究。