






摘要""目的:觀察黃芪甲苷(AST)對(duì)缺氧誘導(dǎo)的心力衰竭大鼠血流動(dòng)力學(xué)相關(guān)指標(biāo)、心肌肌鈣蛋白及細(xì)胞凋亡的改善作用,并探討其通過(guò)調(diào)節(jié)缺氧誘導(dǎo)因子(HIFs)/RhoB蛋白(RhoB)/Rho相關(guān)激酶(ROCK)信號(hào)通路的改善機(jī)制。方法:采用大鼠尾靜脈注射鹽酸阿霉素建立心力衰竭大鼠模型,AST治療后,再包裝HIF-1α-干擾腺病毒(HIF-1αsiRNA)和HIF-2α-干擾腺病毒(HIF-2αsiRNA)干預(yù)大鼠。將大鼠分為假手術(shù)組(Sham組)、心力衰竭組(HF組)、心力衰竭+AST組(HF+AST組)、心力衰竭+AST+陰性對(duì)照組(HF+AST+NC組)、心力衰竭+AST+siRNA HIF-1α組(HF+AST+siRNA HIF-1α組)及心力衰竭+AST+siRNA HIF-2α組(HF+AST+siRNA HIF-2α組)。測(cè)定大鼠心肌肌鈣蛋白I(cTnI)、心率、收縮壓、舒張壓及平均血壓(MBP)變化;通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)活性氧變化。通過(guò)實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(qRT-PCR)檢測(cè)HIF-1α、HIF-2α"mRNA表達(dá)水平;蛋白免疫印記法(Western Blot)檢測(cè)HIF-1α、HIF-2α、RhoB、ROCK表達(dá)變化;酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)檢測(cè)Caspase-3表達(dá)水平。結(jié)果:與HF組比較,HF+AST組大鼠心率、舒張壓、MBP、cTnI、活性氧、Caspase-3水平下降,心肌細(xì)胞HIF-1α、HIF-2α"mRNA與蛋白表達(dá)升高,RhoB和ROCK蛋白表達(dá)升高(P<0.05);與HF+AST+NC組比較,HF+AST+siRNA HIF-1α組及HF+AST+siRNA HIF-2α組大鼠心率、收縮壓、MBP升高,cTnI、活性氧、Caspase-3水平升高,心肌細(xì)胞RhoB、ROCK蛋白表達(dá)下降(P<0.05)。結(jié)論:AST可減輕缺氧誘導(dǎo)的心力衰竭模型大鼠心肌細(xì)胞損傷,其機(jī)制可能與HIFs/RhoB/ROCK通路相關(guān)。
關(guān)鍵詞""心力衰竭;缺氧誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞損傷;黃芪甲苷;缺氧誘導(dǎo)因子;RhoB蛋白;Rho相關(guān)激酶;大鼠;實(shí)驗(yàn)研究
doi:10.12102/j.issn.1672-1349.2025.06.009
The Mechanism of Astragaloside on Myocardium Injury in Rats of Hypoxic-induced Heart Failure Based on HIFs/RhoB/ROCK Pathway
ZHANG Jia QIN Rui LI Gang
1.Hubei University of Chinese medicine, Wuhan 430065, Hubei, China; 2.Affiliated Hospital of Hubei University of Chinese Medicine, Wuhan 430074, Hubei, China; 3.Hubei Provincal Hospital of Traditional Chinese Medicine, Wuhan 430074, Hubei, China
Corresponding Author "QIN Rui, E-mail: ring55202824@163.com
Abstract Objective:To observe the effect of astragaloside(AST) on hemodynamic parameters,troponin and apoptosis in hypoxia-induced heart failure rats,and to explore the effect of AST by regulating hypoxia inducible factor(HIFs) /RhoB protein(RhoB)/Rho-associated kinase(ROCK) signaling pathway.Methods:The rat model of heart failure was established by injecting adriamycin hydrochloride into the tail vein.After AST treatment,the rats were treated with HIF-1α-interfering adenovirus(HIF-1αsiRNA) and HIF-2α-interfering adenovirus(HIF-2αsiRNA).The rats were divided into Sham group,heart failure group(HF group),HF+AST group,HF+AST+negative control group(HF+AST+NC group),HF+AST+siRNA HIF-1α"group(HF+AST+siRNA HIF-1α"group),heart failure+AST+siRNA HIF-2α"group(HF+AST+siRNA HIF-2α"group).The changes of cardiac troponin I(cTnI),heart rate,systolic blood pressure,diastolic blood pressure,and mean blood pressure(MBP) were measured and reactive oxygen species were detected by flow cytometry.The mRNA expressions of HIF-1α"and HIF-2α"were detected by Real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction(qRT-PCR).The expressions of HIF-1α,HIF-2α,RhoB,and ROCK were detected by Western Blot.The expression level of Caspase-3 was detected by enzyme-linked immunosorbent assay(ELISA).Results:Compared with HF group,the heart rate,diastolic blood pressure,and MBP in the HF+AST group increased,the levels of cTnI,ROS and Caspase-3 decreased,the mRNA and protein expressions of HIF-1α"and HIF-2α"increased,and the protein expressions of RhoB and ROCK increased(P<0.05).Compared with HF+AST+NC group,the heart rate,systolic blood pressure and MBP of rats in the HF+AST+siRNA HIF-1α"group and HF+AST+siRNA HIF-2α"group increased,and the levels of cTnI,reactive oxygen species and Caspase-3 significantly increased,the expression of RhoB and ROCK protein in cardiomyocytes decreased(P<0.05).Conclusion:AST could attenuate cardiomyocyte injury in rats of hypoxic-induced heart failure,and the mechanism might be related to HIFs/RhoB/ROCK pathway.
Keywords""heart failure; hypoxia-induced cardiomyocyte injury; astragaloside; hypoxia inducible factor; RhoB protein; Rho related kinase; rats; experimental study
心力衰竭是各種心臟疾病終末階段的表現(xiàn),根本原因是長(zhǎng)期缺氧引起的心肌損傷[1]。因此,改善心肌缺氧可能是治療心力衰竭、延緩心臟病進(jìn)展的有效方法。黃芪具有多種藥理作用,在我國(guó)已廣泛用于治療免疫力低下、糖尿病、病毒性心肌炎等疾病[2]。黃芪甲苷(astragaloside,AST)是黃芪具有代表性的單體活性成分,有多種藥理作用,包括抗炎、抗纖維化、抗氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)血糖、抗腫瘤、增強(qiáng)免疫力、抗病毒等[3]。在心血管疾病中,AST通過(guò)舒張血管、擴(kuò)張冠狀動(dòng)脈和增強(qiáng)心肌收縮力減輕缺血缺氧引起的心肌損傷[4]。然而,AST治療缺氧誘導(dǎo)的心肌損傷具體機(jī)制尚未明確。本研究采用AST干預(yù)用阿霉素建立缺氧誘導(dǎo)的心力衰竭大鼠模型,觀察AST是否通過(guò)缺氧誘導(dǎo)因子(HIFs)/RhoB蛋白(RhoB)/Rho相關(guān)激酶(ROCK)通路影響心力衰竭大鼠模型心肌細(xì)胞HIF-1α、HIF-2α、活性氧、RhoB、ROCK及半胱氨酸蛋白酶"3(Caspase-3)表達(dá)變化,從而在心肌損傷中發(fā)揮保護(hù)作用。
1 材料與方法
1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物
健康清潔級(jí)SD大鼠30只,體質(zhì)量(250±30)g,由湖北省中醫(yī)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供。所有SD大鼠均飼養(yǎng)于實(shí)驗(yàn)室籠中,每籠5只,維持室內(nèi)溫度23~29 ℃,濕度50%~60%,每日12 h晝夜交替。本研究經(jīng)動(dòng)物倫理委員會(huì)審核通過(guò)(編號(hào):HDSZYY-2020-01305)。
1.2 實(shí)驗(yàn)分組及干預(yù)方法
將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分為假手術(shù)組(Sham組)、心力衰竭組(HF組)、心力衰竭+AST組(HF+AST組)、心力衰竭+AST+陰性對(duì)照組(HF+AST+NC組)、心力衰竭+AST+siRNA HIF-1α組(HF+AST+siRNA HIF-1α組)及心力衰竭+AST+siRNA HIF-2α組(HF+AST+siRNA HIF-2α組)。其中Sham組大鼠尾靜脈注射等體積生理鹽水;HF組大鼠尾靜脈注射鹽酸阿霉素造模;HF+AST組大鼠造模后給予AST(80 mg/kg,隔日灌胃,治療4周);HF+AST+NC組、HF+AST+siRNA HIF-1α組及HF+AST+siRNA HIF-2α組大鼠造模并給予AST治療后分別注射陰性對(duì)照腺病毒、HIF-1α"siRNA病毒及HIF-2α"siRNA病毒。
1.3 心力衰竭大鼠模型的建立
采用阿霉素尾靜脈注射造模,即每周沿大鼠尾靜脈緩慢注射鹽酸阿霉素2 mg/kg(批號(hào):D1515),持續(xù)6周,累計(jì)用量12 mg/kg。定期觀察大鼠一般情況,如腹水、眥分泌物、毛發(fā)和體重變化等。
1.4 心肌肌鈣蛋白I(cTnI)測(cè)定
抽取大鼠靜脈血2 mL,離心分離血清,采用全自動(dòng)化生化分析儀測(cè)定cTnI含量,具體方法參照試劑盒說(shuō)明進(jìn)行。
1.5 血流動(dòng)力學(xué)相關(guān)指標(biāo)測(cè)定
麻醉:大鼠稱重后采用戊巴比妥鈉溶液(45 mg/kg)腹腔注射麻醉;頸外靜脈插管:取頸前正中切口,分離右側(cè)皮下組織,游離頸外靜脈,迅速向心插入用肝素抗凝的導(dǎo)管并固定;頸總動(dòng)脈插管:頸部分離頸總動(dòng)脈,用肝素抗凝的導(dǎo)管經(jīng)頸總動(dòng)脈插入左心房并固定,經(jīng)壓力換能器將導(dǎo)管與微機(jī)相連,通過(guò)BL-420E+生物機(jī)能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)記錄心率、收縮壓、舒張壓及平均血壓(MBP),實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次取平均值。
1.6 心肌細(xì)胞分離
使用常規(guī)朗根多夫灌注裝置分離心肌細(xì)胞。大鼠腹腔注射肝素2 000 U/kg,20 min后用2%戊巴比妥鈉溶液(45 mg/kg)麻醉。打開(kāi)胸腔后,迅速取出帶有主動(dòng)脈的心臟,用冰臺(tái)氏液清洗。之后將心臟植入朗根多夫灌注裝置中,以6 mL/min洗滌15 min。清洗后,切開(kāi)左心室,吹10 min使心肌細(xì)胞分散。10 min后,在37 ℃下培養(yǎng)心肌細(xì)胞。
1.7 細(xì)胞轉(zhuǎn)染
HIF-1α"siRNAs、HIF-2α"siRNAs和陰性對(duì)照(NC)由中國(guó)上海基因制藥公司合成。將心肌細(xì)胞(每孔5×104個(gè)細(xì)胞)均勻接種于6孔板中。為探討干擾心肌細(xì)胞HIF-1α、HIF-2α表達(dá)對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響,在37 ℃下培養(yǎng)8 h后,根據(jù)說(shuō)明書(shū)應(yīng)用Lipofectamine 3000試劑(Invitrogen)將心肌細(xì)胞轉(zhuǎn)染為NC、HIF-1α"siRNAs、HIF-2α"siRNAs。
1.8 實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(qRT-PCR)檢測(cè)
使用Trizol試劑(Invitrogen)從處理后的心肌細(xì)胞或心臟組織中提取總RNAs。RNA通過(guò)第1鏈cDNA Synthesis Kit試劑盒(TaKaRa)逆轉(zhuǎn)錄成cDNA。使用SYBR Green qPCR預(yù)混液(Invitrogen)進(jìn)行qRT-PCR反應(yīng)。HIF-1α和HIF-2α"mRNA表達(dá)水平,采用2-△△Ct計(jì)算。引物序列見(jiàn)表1。
1.9 蛋白免疫印跡法(Western Blot)檢測(cè)RhoB、ROCK、HIF-1α、HIF-2α蛋白表達(dá)
使用含有蛋白酶抑制劑的冷蛋白抽提試劑RIPA(Solarbio)從處理后的心肌細(xì)胞或心肌組織中獲得總蛋白。采用考馬斯亮藍(lán)法(中國(guó)上海碧云天生物技術(shù)有限公司)定量蛋白質(zhì)濃度。樣本用聚偏二氟乙烯(PVDF)膜(賽默飛世爾科技公司)進(jìn)行電泳和轉(zhuǎn)移。用5%脫脂奶粉封閉2 h后,加入RhoB(ab277779,1∶100)、ROCK(ab45171,1∶5 000)、HIF-1α(PB9253,1∶1 000)、HIF-2α(ab109616,1∶1 000)一抗,在4 ℃條件下孵化過(guò)夜,之后加入二抗停留2 h。洗滌后,用電化學(xué)發(fā)光(ECL)底物試劑盒(賽默飛世爾科技公司)處理膜,通過(guò)iBright FL1500智能成像系統(tǒng)(賽默飛世爾科技公司)觀察結(jié)果。
1.10 流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)活性氧
收集各組心肌細(xì)胞,在37 ℃條件下加入2,7-二氯熒光素二乙酸酯(DCFH-DA)溶液(10 μmol/L,中國(guó)上海碧云天生物技術(shù)有限公司,批號(hào):S0033-1)停留20 min。使用Earle(厄爾)培養(yǎng)基洗滌后,心肌細(xì)胞懸浮在400 μL Earle溶液中,采用流式細(xì)胞儀(BD生物科學(xué))觀察結(jié)果。
1.11 酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)檢測(cè)Caspase-3
收集各組心肌細(xì)胞,加入細(xì)胞裂解緩沖液后,4 ℃條件下,以12 000 r/min離心10 min后取上清液,參照ELISA試劑盒(中國(guó)上海碧云天生物技術(shù)有限公司,批號(hào):C1115)操作步驟進(jìn)行,使用酶標(biāo)儀測(cè)定吸光度,并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算Caspase-3表達(dá)水平。
1.12 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理
采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。符合正態(tài)分布和方差齊性的定量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示,多組間比較采用多因素方差分析,兩組間比較采用t檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2 結(jié)果
2.1 各組大鼠血清cTnI水平比較
與Sham組比較,HF組大鼠血清cTnI水平升高(P<0.05);與HF組比較,HF+AST組大鼠血清cTnI水平降低(P<0.05);與HF+AST+NC組比較,HF+AST+siRNA HIF-1α組及HF+AST+siRNA HIF-2α組大鼠血清cTnI水平均升高(P<0.05)。詳見(jiàn)圖1。
2.2 各組大鼠心肌細(xì)胞HIF-1α、HIF-2α表達(dá)水平比較
與Sham組比較,HF組大鼠心肌細(xì)胞HIF-1α、HIF-2α表達(dá)均上調(diào)(P<0.05);與HF組比較,HF+AST組大鼠心肌細(xì)胞HIF-1α、HIF-2α表達(dá)水平均上調(diào)(P<0.05)。詳見(jiàn)圖2。
2.3 各組大鼠心肌細(xì)胞RhoB、ROCK、HIF-1α及HIF-2α蛋白表達(dá)比較
與Sham組比較,HF組大鼠心肌組織RhoB和ROCK蛋白表達(dá)水平降低(P<0.05),HIF-1α、HIF-2α蛋白表達(dá)水平升高(P<0.05);與HF組比較,HF+AST組RhoB、ROCK蛋白表達(dá)水平HIF-1α、HIF-2α蛋白表達(dá)水平升高(P<0.05)。與HF+AST+"NC組比較,HF+AST+siRNA HIF-1α組及HF+AST+siRNA HIF-2α組RhoB和ROCK蛋白表達(dá)水平均降低(P<0.05)。詳見(jiàn)圖3。上述結(jié)果提示,AST可升高缺氧誘導(dǎo)心力衰竭大鼠心肌細(xì)胞RhoB和ROCK蛋白表達(dá)水平,干擾HIFs表達(dá)后抑制該作用。
2.4 各組大鼠心肌細(xì)胞Caspase-3及活性氧水平比較
與Sham組比較,HF組大鼠心肌組織Caspase-3及活性氧水平升高(P<0.05);與HF組比較,HF+AST組大鼠心肌組織Caspase-3及活性氧水平降低(P<0.05);與HF+AST+NC組比較,HF+AST+siRNA HIF-1α組及HF+AST+siRNA HIF-2α組大鼠心肌組織Caspase-3及活性氧水平均升高(P<0.05)。詳見(jiàn)圖4及圖5。上述結(jié)果表明,AST可顯著下調(diào)心力衰竭大鼠心肌細(xì)胞Caspase-3及活性氧水平,但干擾HIFs表達(dá)可顯著逆轉(zhuǎn)該作用。
2.5 各組大鼠血流動(dòng)力學(xué)相關(guān)指標(biāo)比較
與Sham組比較,HF組大鼠心率、收縮壓、舒張壓和MBP均下降;HF+AST組大鼠心率、舒張壓和MBP高于HF組,但收縮壓稍低于HF組。與HF+AST+NC組比較,HF+AST+siRNA HIF-1α組大鼠心率顯著加快,收縮壓和MBP顯著升高;HF+AST+siRNA HIF-2α組大鼠心率、收縮壓、舒張壓和MBP均顯著升高,HF+AST+siRNA HIF-1α組及HF+AST+siRNA HIF-2α組大鼠收縮壓及MBP均低于HF+AST組。詳見(jiàn)圖6。
3 討論
心力衰竭指各種心臟疾病導(dǎo)致心臟收縮和/或舒張功能異常,心排血量不能滿足全身組織基本代謝所需的復(fù)雜病理生理過(guò)程和臨床綜合征[5]。多種因素均導(dǎo)致心力衰竭的發(fā)展,但心肌缺氧可能是引起心肌損傷、心室重構(gòu)的重要因素。目前,尋找一種安全有效的抗心肌缺氧損傷的藥物已成為治療心力衰竭的重要目標(biāo)。AST是黃芪藥理活性的主要物質(zhì)之一,對(duì)心腦血管疾病有顯著的保護(hù)作用[6]。本研究采用HIF-1α和HIF-2α干擾腺病毒,結(jié)合AST干預(yù)阿霉素誘導(dǎo)的心力衰竭大鼠模型,證實(shí)了AST對(duì)缺氧誘導(dǎo)心肌細(xì)胞損傷的保護(hù)作用。
細(xì)胞凋亡的過(guò)程是機(jī)體多個(gè)凋亡相關(guān)因子相互作用后,形成凋亡誘導(dǎo)信號(hào),傳遞到啟動(dòng)型Caspase,并使其活化,最終導(dǎo)致蛋白質(zhì)裂解和細(xì)胞解體死亡。有研究表明,活性氧通過(guò)線粒體途徑參與細(xì)胞凋亡,細(xì)胞內(nèi)過(guò)高的活性氧水平直接攻擊線粒體膜,使線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔開(kāi)放,導(dǎo)致細(xì)胞色素C、凋亡誘導(dǎo)因子(apoptosis-inducing factor,AIF)等釋放,繼而激活Caspase[7],啟動(dòng)型Caspase通過(guò)內(nèi)外兩種途徑活化,最終通過(guò)執(zhí)行型Caspase的活化完成細(xì)胞凋亡的發(fā)生,Caspase-3作為執(zhí)行型Caspase中的凋亡關(guān)鍵蛋白酶,可特異性裂解底物,使機(jī)體細(xì)胞發(fā)生形態(tài)學(xué)改變和生化改變,從而發(fā)生細(xì)胞凋亡[8]。本研究結(jié)果表明,缺氧引起心肌細(xì)胞凋亡,AST可減少Caspase-3及活性氧產(chǎn)生,即減少心肌細(xì)胞凋亡,實(shí)現(xiàn)對(duì)心肌細(xì)胞的保護(hù)作用。
HIF是一種由α亞基和β亞基組成的異源二聚體,是細(xì)胞氧穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)因子[9]。在缺血/缺氧過(guò)程中,HIF-1α和HIF-2α作為功能亞基,激活與缺氧應(yīng)激蛋白相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子,從而介導(dǎo)細(xì)胞對(duì)缺氧的適應(yīng)性反應(yīng)[10]。HIF-1α和HIF-2α在心臟疾病中有潛在影響。HIF的激活對(duì)心臟功能減退有顯著影響[11]。HIF-1α可能是肥胖和心力衰竭之間的調(diào)節(jié)因素[1],抑制HIF-1α可誘導(dǎo)缺氧誘導(dǎo)增強(qiáng)子RNA進(jìn)而改善心臟疾病[12];HIF-2α在缺氧小鼠心室功能中發(fā)揮作用,并調(diào)節(jié)肺動(dòng)脈高壓相關(guān)癥狀[13]。本研究結(jié)果顯示,缺氧可顯著上調(diào)心力衰竭大鼠模型心肌細(xì)胞HIF-1α和HIF-2α表達(dá),提示HIF-1α和HIF-2α上調(diào)可能是心肌組織為應(yīng)對(duì)缺氧損傷進(jìn)行的保護(hù)性措施;經(jīng)HIF-1α和HIF-2α干擾腺病毒干預(yù)后,AST對(duì)心力衰竭大鼠模型的保護(hù)作用被逆轉(zhuǎn),證實(shí)了AST通過(guò)介導(dǎo)HIF表達(dá)從而改善缺氧誘導(dǎo)的心肌損傷。
Rho蛋白是小三磷酸鳥(niǎo)苷(GTP)結(jié)合蛋白的Ras超家族中的成員。Rho通過(guò)激活ROCK從而發(fā)揮多種生物效應(yīng),如血管平滑肌的收縮、肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的形成、細(xì)胞的黏附和遷移、細(xì)胞的增殖和凋亡、基因的表達(dá)等[14]。相關(guān)研究顯示,Rho/ROCK通路與多種心血管疾病相關(guān),如心力衰竭[15]、缺血-再灌注損傷[16]、肺動(dòng)脈高壓[17]、腦血管痙攣[18]。本研究結(jié)果顯示,AST通過(guò)調(diào)節(jié)心力衰竭模型大鼠HIF-1α和HIF-2α以顯著上調(diào)RhoB和ROCK,且RhoB/ROCK通路參與了AST介導(dǎo)HIF-1α和HIF-2α對(duì)心力衰竭的緩解作用。
本研究結(jié)果還顯示,HF組大鼠血壓低于Sham組,AST可改善HF組大鼠血壓;干擾HIF-1α或HIF-2α表達(dá)后,AST對(duì)心力衰竭模型組大鼠血壓改善減弱。說(shuō)明血流動(dòng)力學(xué)可一定程度提示AST對(duì)缺氧誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡的改善情況。
綜上所述,AST通過(guò)HIFs/RhoB/ROCK通路對(duì)心力衰竭大鼠有潛在的保護(hù)作用,可在心力衰竭的臨床治療中發(fā)揮重要的參考價(jià)值,其作用機(jī)制與HIFs/RhoB/ROCK通路有關(guān),今后仍需深入研究黃芪甲苷在心力衰竭中的分子機(jī)制,以期為進(jìn)一步臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。
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(收稿日期:2023-10-13)
(本文編輯"薛妮)