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基于心康沖劑調控慢性心力衰竭大鼠JAK2/STAT3通路抗心肌纖維化的作用機制

2023-09-07 09:52:40徐丹,董朝陽,郭睿,郭冰,毛以林
湖南中醫藥大學學報 2023年8期
關鍵詞:慢性心力衰竭

徐丹,董朝陽,郭睿,郭冰,毛以林

〔摘要〕 目的 探討心康沖劑抗慢性心力衰竭大鼠心肌纖維化的機制。方法 48只雄性SD大鼠隨機均分為正常組、模型組、心康沖劑治療組(治療組)、纈沙坦對照組(纈沙坦組)。除正常組外,其余各組經腹腔注射注射用鹽酸多柔比星1.5 mg/kg制造慢性心力衰竭大鼠模型。治療組給與1.2 g/(kg·d)心康沖劑;纈沙坦組給與1.62 mg/(kg·d)纈沙坦膠囊;正常組、模型組給予等體積滅菌注射用水灌胃。每日1次,連續灌胃8周。以超聲心動圖檢測大鼠心功能[左室射血分數(left ventricular ejection fractions, LVEF)、左心室短軸縮短率(left ventricular fractional shortening, LVFS)],Masson染色觀察心肌纖維化,RT-qPCR法檢測心肌組織Ⅰ型膠原(collagen Ⅰ, ColⅠ)mRNA表達水平,Western blot法檢測心肌ColⅠ、磷酸化酪氨酸激酶2(phospho-Janus kinase, p-JAK2)、磷酸化信號轉導和轉錄激活子3(phoso-signal transducer and activator of transcription 3, p-STAT3)的蛋白含量。用Pearson相關及線性回歸分析ColⅠ、p-JAK2、p-STAT3與左室收縮末期內徑(left ventricular end systolic diameter, LVESD)之間的相關性。結果 與正常組比較,模型組大鼠LVEF、LVFS顯著下降(P<0.01);與模型組比較,治療組大鼠LVEF、LVFS均升高(P<0.01),LVESD下降(P<0.01),ColⅠmRNA及蛋白含量均下降(P<0.05,P<0.01),p-JAK2、p-STAT3蛋白含量均下降(P<0.05,P<0.01);與纈沙坦組比較,治療組LVEF、LVFS升高(P<0.01),p-STAT3蛋白含量降低(P<0.05),而ColⅠmRNA、p-JAK2、ColⅠ蛋白含量差異無統計學意義(P>0.05)。ColⅠ、p-STAT3、p-JAK2均與LVESD具有明顯線性關系。結論 心康沖劑可通過下調JAK2/STAT3信號通路激活,降低ColⅠmRNA表達與ColⅠ蛋白合成,從而抗慢性心力衰竭大鼠心肌纖維化。

〔關鍵詞〕 慢性心力衰竭;心康沖劑;心肌纖維化;JAK2/STAT3信號通路;Ⅰ型膠原

〔中圖分類號〕R285.5? ? ? ?〔文獻標志碼〕A? ? ? ? 〔文章編號〕doi:10.3969/j.issn.1674-070X.2023.08.007

Mechanism of action of Xinkang Granule against myocardial fibrosis

by regulating JAK2/STAT3 signaling pathway in rats with chronic

heart failure

XU Dan1,2, DONG Chaoyang1,2, GUO Rui1,2, GUO Bing1,2, MAO Yilin2*

1. Hunan University of Chinese Medicine, Changsha, Hunan 410208, China; 2. The Second Hospital of Hunan University of Chinese Medicine, Changsha, Hunan 410005, China

〔Abstract〕 Objective To investigate the mechanism of Xinkang Granule (XKG) against myocardial fibrosis in rats with chronic heart failure (CHF). Methods Forty-eight male SD rats were randomly divided into normal group, model group, XKG treatment group (treatment group), valsartan control group (valsartan group). Except for the normal group, the other groups were injected intraperitoneally with doxorubicin hydrochloride 1.5 mg/kg to establish a rat model of CHF. Then, the treatment group was given XKG 1.2 g/(kg·d), the valsartan group was given valsartan capsules 1.62 mg/(kg·d), and the normal group and the model group were given equal volumes of sterilized water for injection. All the rats received gavage once daily, continuously for 8 weeks. The cardiac functions of rats including left ventricular ejection fractions (LVEF) and left ventricular fractional shortening (LVFS) were measured by echocardiography, myocardial fibrosis was observed by Masson staining, the mRNA expression level of collagen Ⅰ (Col Ⅰ) in myocardial tissue was examined by RT-qPCR, and the protein level of myocardial ColⅠ, phospho-Janus kinase 2 (p-JAK2), phoso-signal transducer, and activator of transcription 3 (p-STAT3) were measured by Western blot. Moreover, Pearson's correlation and linear regression were used to analyze the correlation between ColⅠ, p-JAK2, p-STAT3, and left ventricular end systolic diameter (LVESD). Results Compared with the normal group, LVEF and LVFS in the model group significantly decreased (P<0.01); compared with the model group, LVEF and LVFS in the treatment group increased (P<0.01), LVESD decreased (P<0.01), and the mRNA expression and protein level of ColⅠ as well as the protein levels of p-JAK2 and p-STAT3 were reduced (P<0.05, P<0.01); compared with the valsartan group, LVEF and LVFS in the treatment group were higher (P<0.01), but the protein level of p-STAT3 was lower (P<0.05), and there was no significant difference in Col Ⅰ mRNA expression and the protein levels of p-JAK2 and Col Ⅰ(P>0.05). ColⅠ, p-STAT3, and p-JAK2 all had obvious linear relationships with LVESD. Conclusion XKG can inhibit myocardial fibrosis in rats with chronic heart failure by down-regulating the activation of JAK2/STAT3 signaling pathway and reducing the mRNA expression and protein synthesis of ColⅠ.

〔Keywords〕 chronic heart failure; Xinkang Granule; myocardial fibrosis; JAK2/STAT3 signaling pathway; collagenⅠ

慢性心力衰竭(chronic heart failure, CHF)是由于各種器質性或功能性的心臟疾病導致心功能不全,進而引起的一種臨床綜合征,是心臟疾病的終末階段[1]。心力衰竭(簡稱心衰)時心臟負荷增加,心肌出現代償性肥厚,表現為心肌膠原纖維沉積,心肌舒張和收縮僵硬異常,心肌順應性下降[2],即出現心肌纖維化。Janus蛋白酪氨酸激酶2/信號轉導和轉錄激活子3(Janus kinase 2/signal transducer and activator of transcription 3, JAK2/STAT3)信號通路的激活能調控心肌成纖維細胞的增殖、轉移,使膠原蛋白過度沉積,從而影響心肌纖維化的發生發展[3]。JAK2磷酸化后可進一步使STAT3磷酸化[4],磷酸化后的STAT3可以上調Ⅰ型膠原蛋白(collagenⅠ, ColⅠ)合成[5],促進纖維化的發生發展。

心康沖劑(Xinkang Granule, XKG)是第七批全國老中醫藥專家學術經驗繼承工作指導老師、湖南省名老中醫毛以林教授以《醫學衷中參西錄》之升陷湯、《傷寒論》之真武湯、苓桂術甘湯及時方參苓白術散、五皮飲為基礎,融合化裁而出,具有“升補心肺宗氣、溫補脾腎陽氣、利水滲濕”的功效,針對CHF后期“宗氣下陷、脾腎陽虛、水飲內停”病機而設[6]。本實驗通過腹腔注射鹽酸多柔比星建立心衰模型,采用心康沖劑進行干預,與纈沙坦進行對照,研究心康沖劑調控CHF大鼠JAK2/STAT3信號通路激活抗心肌纖維化的作用機制,現報道如下。

1 材料

1.1? 實驗動物

48只健康雄性SPF級SD大鼠,購于湖南斯萊克景達實驗動物有限公司(實驗動物合格證編號:430727221100402072),體質量180~200 g。動物飼養于湖南中醫藥大學實驗動物中心,室內溫度(24±2) ℃,相對濕度50%~70%。大鼠均自由攝食、飲水,適應性喂養1周后開始實驗。此實驗由湖南中醫藥大學動物實驗倫理委員會審核批準,倫理編號:LL2022030302。

1.2? 主要藥品及試劑

注射用鹽酸多柔比星(浙江海正藥業股份有限公司,批號:H33021979);纈沙坦膠囊(北京諾華制藥有限公司,批號:H20040217);心康沖劑(廣東一方制藥有限公司);PCR引物(由北京擎科生物科技股份有限公司合成);mRNA、miRNA逆轉錄試劑盒、UltraSYBR Mixture、DM2000 Plus DNA Marker(中國北京康為世紀,貨號:CW2569、CW2141、CW2601、CW0632);Trizol試劑盒(美國Thermo公司,貨號:15596026);核酸染料(中國北京普利萊基因技術有限公司,貨號:PB11141);抗體:ColⅠ、GAPDH(美國Proteintech公司,貨號:14695-1-AP、10494-1-AP)、p-JAK2、p-STAT3(英國Abcam公司,貨號:ab32101、ab76315);二抗 Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Secondary Antibody, HRP(中國Abiowell公司,貨號:AWS0002b);Masson染色試劑盒(上海威奧生物科技有限公司,貨號:AWI0253a)。

1.3? 主要儀器

便攜式彩色多普勒超聲儀(飛依諾科技股份有限公司,型號:VINNO6LAB);熒光定量RCP儀(美國ABI公司,型號:QuantStudio1);化學發光成像系統(中國上海勤翔科學儀器有限公司,型號:ChemiScope6100);臺式高速冷凍離心機(中國湖南湘儀,型號:H1650R);顯微鏡(Motic,型號:BA210T)。

2 方法

2.1? 動物分組及造模

動物適應性飼養1周后,隨機取12只作為正常組,其余大鼠進行造模。有研究證實,阿霉素可通過JAK/STAT信號通路誘導大鼠左心室細胞死亡和纖維化[7]。故本實驗選用阿霉素進行造模,造模方法同文獻[8],大鼠按1.5 mg/kg阿霉素腹腔注射,每周2次,共7周[9]。以大鼠出現皮毛枯槁、豎立、躊臥扎堆、縮肩拱背、行動遲緩、精神萎靡、尾涼暗淡、腹水等癥狀,以及超聲心動圖檢測左心室短軸縮短率(left ventricular fractional shortening, LVFS)<30%[10],為心力衰竭造模成功的標志。36只成模大鼠再按隨機數字表法分為阿霉素模型組(模型組)、心康沖劑治療組(治療組)、纈沙坦對照組(纈沙坦組),每組12只。

2.2? 藥物制備及給藥

心康沖劑組成:白參10 g,黃芪30 g,柴胡5 g,升麻5 g,桔梗5 g,茯苓15 g,薏苡仁30 g,生姜皮10 g,大腹皮10 g,陳皮10 g,桂枝6 g,制附片10 g,砂仁6 g。由廣東一方制藥有限公司提供中藥配方顆粒,根據前期研究已證明的最佳有效劑量[11],按成人2倍等效劑量即1 g/(kg·d),配制成濃度為1.2 g/mL的溶液。纈沙坦膠囊成人劑量80 mg/d,按人與動物體表面積折算[12],以纈沙坦膠囊配制成1.62 mg/mL的溶液,灌胃量=給藥劑量/各組相應溶液濃度,每次灌胃量1~2 mL。正常組及模型組給予等量滅菌注射用水灌胃。每天1次,持續8周后結束實驗進行取材。

2.3? 指標及檢測方法

2.3.1? 心臟超聲檢測心功能? 大鼠用動物用異氟烷經呼吸麻醉機麻醉后固定,前胸涂搽脫毛膏備皮后涂耦合劑,經飛依諾VINNO6lab彩色多譜勒超聲診斷儀取大鼠左心室長軸切面后進行M超聲檢測,連續記錄10個心動周期,測量左心室舒張末期內徑(left ventricular end diastolic diameter, LVEDD)、左心室收縮末期內徑(left ventricular end systolic diameter, LVESD)、左室射血分數(left ventricular ejection fractions, LVEF)、LVFS,所有數據均測量3次并取其平均值記錄。

2.3.2? Masson染色? 取大鼠左心室心肌組織,放入4%多聚甲醛溶液中固定標本,經石蠟包埋、切片(厚度約5 μm)后,行Masson染色,過程參照Masson染色試劑盒說明書。染色后每組樣本分別在×100和×400鏡下隨機選取4個視野拍照。光學顯微鏡下觀察肌纖維呈紅色,膠原纖維呈藍染或綠色。

2.3.3? RT-qPCR檢測心肌組織ColⅠmRNA表達? 取大鼠心肌組織約0.02 g,以Trizol提取心肌組織總RNA,以組織總mRNA為模板,逆轉錄cDNA(反應體系為20 μL),42 ℃孵育15 min,85 ℃孵育5 min,冰上冷卻,5倍稀釋后于-20 ℃保存。每個標本取2 μL進行PCR反應,反應體系為30 μL,檢測基因上下游引物各1 μL,去離子水11 μL,PCR Master Mix15 μL。擴增條件為95 ℃ 10 min,95 ℃ 15 s,60 ℃ 30 s,共40個循環,經GAPDH內參校正。收集每循環第3個步驟熒光信號量,以2-ΔΔCt反映各樣品相對于對照組樣品目的基因表達水平的比值,ΔCt=目的基因Ct-內參基因Ct,-ΔΔCt=(對照組)ΔCt-各樣品ΔCt。每個樣本重復3次后進行統計分析。引物設計首先在NCBI上搜索目的基因的序列,然后運用Primer5軟件設計引物,最后由北京擎科合成引物。引物序列見表1。

2.3.4? Western blot法檢測心肌ColⅠ、p-JAK2、p-STAT3蛋白表達水平? 剪取凍存心肌組織0.025 g,加入300 μL RIPA裂解液冰上裂解10 min,4 ℃,12 000 r/min半徑7 cm離心15 min后,將上清液轉移到1.5 mL離心管中;按照BCA蛋白定量試劑盒(Abiowell)使用說明操作,測定蛋白濃度。每個樣本取200 μL蛋白上清液,經電泳、轉膜、封閉、一抗孵育,用1×PBST將一抗按照一定比例稀釋,ColⅠ(1∶1 000),p-JAK2(1∶1 000),p-STAT3(1∶5 000),GAPDH(1∶5 000),將膜與一抗一起孵育,室溫放置90 min。孵育結束,1×PBST洗3次,每次15 min。二抗孵育,用1×PBST稀釋HRP標記的二抗,將按1∶5 000稀釋后的二抗與膜共同室溫孵育90 min。孵育結束,1×PBST洗3次,每次15 min。使用ECL化學發光液與膜孵育1 min,用濾紙吸盡液體,用塑封膜將膜包裹雜交膜,在凝膠成像系統成像。將曝光后的底片用Quantity One專業灰度分析軟件進行分析。

2.4? 統計學分析

采用GraphPad Prism 8.0.2統計學軟件進行統計分析,計量資料均以“x±s”表示,先進行正態性和方差齊性檢驗,各組間比較采用one-way ANOVA分析;方差不齊時用方差分析Games-Howell檢驗;不滿足正態性時選擇秩和檢驗;變量間的相關性用Pearson相關分析及線性回歸分析。均以P<0.05為差異有統計學意義。

3 結果

3.1? 各組大鼠心功能指標比較

與正常組比較,模型組大鼠LVEDD、LVESD升高(P<0.05,P<0.01),LVEF、LVFS顯著降低(P<0.01)。與模型組比較,治療組LVEDD降低(P<0.01),而LVEF、LVFS升高(P<0.01);纈沙坦組LVEDD差異無統計學意義(P>0.05),而LVEF、LVFS升高(P<0.01)。與纈沙坦組比較,治療組LVEDD、LVESD差異無統計學意義(P>0.05),而LVEF、LVFS升高(P<0.01)。詳見表2。

3.2? 各組大鼠心肌Masson染色結果

正常組大鼠心肌組織呈紅色,細胞核呈藍灰色,心肌纖維排列整齊、規則,細胞間見少量呈藍色的膠原纖維沉積;模型組大鼠心肌纖維排列紊亂,視野中可見大量網狀排列的膠原纖維;纈沙坦組相較于模型組心肌纖維排列紊亂有所改善,心肌纖維沉積減少;治療組相較模型組心肌纖維排列紊亂有所改善,膠原纖維沉積明顯減少,相較于纈沙坦組膠原纖維沉積減少明顯。詳見圖1。

3.3? 各組ColⅠmRNA表達比較

與正常組比較,模型組大鼠心肌ColⅠmRNA表達升高(P<0.01);與模型組比較,XKG治療組大鼠心肌ColⅠmRNA表達下降(P<0.01);治療組與纈沙坦組之間差異無統計學意義(P>0.05)。詳見圖2。

3.4? 各組ColⅠ、p-JAK2、p-STAT3蛋白含量差異比較

與正常組比較,模型組大鼠心肌Col? Ⅰ、p-STAT3、p-JAK2蛋白含量均升高(P<0.01);纈沙坦組p-STAT3、p-JAK2蛋白含量均升高(P<0.05,P<0.01)。與模型組比較,治療組大鼠心肌ColⅠ、p-STAT3、p-JAK2蛋白含量均降低(P<0.05,P<0.01)。與纈沙坦組比較,治療組大鼠心肌p-STAT3蛋白含量降低(P<0.05),p-JAK2、ColⅠ蛋白含量差異無統計學意義(P>0.05)。詳見圖3。

3.5? 左室收縮末期內徑與ColⅠ、p-STAT3、p-JAK2蛋白含量線性回歸分析及Pearson相關分析

p-STAT3蛋白含量、p-JAK2蛋白含量、ColⅠ蛋白含量均與LVIDs具有明確線性關系(F=47、57.69、9.666;P<0.01,P<0.05),且p-STAT3、p-JAK2、ColⅠ與LVIDs均呈正相關。詳見圖4。LVIDs能被p-STAT3、p-JAK2、ColⅠ蛋白含量解釋的因素分別占82.4%、85.2%、49.1%,其中與p-JAK2、p-STAT3蛋白含量的相關系數較大(r=0.923、0.908)。詳見表3。

4 討論

CHF是多種心血管疾病發展的終末階段。目前,西醫采用“新四聯”規范化心力衰竭藥物治療模式,即血管緊張素受體腦啡肽酶抑制劑或血管緊張素轉換酶抑制劑(angiotension converting enzyme inhibitors, ACEI)/血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑、鈉-葡萄糖共轉運蛋白2抑制劑、β受體阻滯劑和鹽皮質激素受體拮抗劑[13]。其中,ACEI類代表藥物纈沙坦經臨床試驗證明具有改善心臟結構和功能、治療肥厚型心肌病的作用[14]。有實驗研究證實,纈沙坦具有明確的抗心肌纖維化的作用[15]。

CHF依據其心悸、氣喘、肢體水腫等癥狀體征,在中醫學歸屬為“心脹”“心悸”“水腫”等范疇。毛以林教授在研究古今文獻和臨床實踐的基礎上,提出CHF的主要病機觀念為宗氣下陷、脾腎陽虛、水濕內停[6],由此擬方心康沖劑,該方以真武湯、升陷湯以及參苓白術散合并化裁而出,具有升補心肺宗氣、溫補脾腎陽氣、利水滲濕化飲的功效,可用于CHF治療,并獲得顯著的臨床療效,前期研究該方能抗心肌纖維化、延緩心力衰竭、抗心室重構[16]。

CHF的主要病理變化是心室重構,心力衰竭時由于心臟負荷增加,心肌代償性肥厚,且心肌肥厚時心肌細胞數并不增多,而是心肌纖維增多,表現為心肌纖維化。細胞外基質的過度沉積是心肌纖維化的重要原因,細胞外基質主要是由Ⅰ型、Ⅲ型膠原構成,其中Ⅰ型膠原占心肌膠原的80%~85%,其含量與心臟功能密切相關。心肌纖維化時膠原沉積,各型膠原比例失調,其中Ⅰ型、Ⅲ型膠原比例升高、排列紊亂[14],心臟結構重塑、心肌肥大、心室壁順應性下降,最終導致功能障礙。因此,Ⅰ型膠原的含量與排列可以用來評估心肌纖維化的程度。

近年來,關于JAK2/STAT3信號通路參與調控多種重要臟器纖維化的報道越來越多[17-19]。其在心肌纖維化中的作用也備受重視,研究表明,JAK2/STAT3信號通路的激活是導致左心室心肌纖維化的重要機制之一[20]。JAK2/STAT3信號通路激活的第一步是JAK2的激活,各種配體如白細胞介素-6與JAK2結合使其磷酸化,激活后的JAK2可使其下游的STAT3磷酸化,激活后的STAT3上調成纖維細胞,促進肌成纖維細胞的增殖[21],上調Ⅰ型膠原蛋白的合成[5]。

在本實驗中,心臟彩超結果顯示阿霉素腹腔注射造模后大鼠LVEED、LVESD明顯升高,而LVEF、LVFS顯著下降,Masson染色顯示模型組大鼠心肌組織有明顯的纖維化改變,且心肌組織中ColⅠmRNA的表達及蛋白含量均明顯升高,纖維化的心肌組織中p-STAT3及p-JAK2蛋白含量均升高;而心康沖劑能夠明顯改善心肌纖維化,降低組織中ColⅠmRNA的表達和ColⅠ含量,作用途徑可能是通過抑制JAK2磷酸化進而抑制STAT3的磷酸化,從而減輕心肌纖維化。通過相關分析及線性回歸分析發現,p-STAT3、p-JAK2、ColⅠ含量與LVIDs呈正相關,且p-STAT3、p-JAK2對LVIDs的影響更大。以上結果表明,心康沖劑基于JAK2/STAT3信號通路調控,減少心肌ColⅠ的合成,從而抗心肌纖維化。

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(本文編輯? 匡靜之)

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