摘要:目的 探討曲妥珠單抗(trastuzumab,TRZ)在異丙基腎上腺素(isoproterenol,ISO)引起的心臟纖維化中的作用。方法以C57BL/6N雄性小鼠為研究對象,建立ISO(
)和TRZ
)誘導心臟纖維化動物模型。采用小動物心臟超聲儀檢測小鼠心功能,HE染色觀察心臟組織形態,天狼猩紅染色法檢測心臟的纖維化面積,Westerm blot 法檢測 TGF-β1、α-SMA 和FIbronectin的蛋白表達。分離培養原代乳小鼠心臟成纖維細胞,予以 TRZ刺激 2 4 h 后再予以ISO刺激 2 4 h 。Westernblot法檢測
和Fibronectin的蛋白表達。結果1.在心臟纖維化動物模型中,與對照和 I g G 組相比, I S O+ T R Z 組的心臟射血分數(EF)和左室短軸縮短率(FS)降低( P lt; 0 . 0 5 , P lt; 0.01);與TRZ組相比,
組的小鼠心臟纖維化面積顯著增加( P lt; 0 . 0 5 );分別與TRZ、ISO、 I S O + I g G 組相比,I S O + T R Z 組的TGF-
-SMA 和FIbronectin 蛋白表達均顯著升高
。2.在乳鼠原代心臟成纖維細胞中,與 I S O+ I g G 組相比, I S O+ T R Z 組Fibronectin的蛋白表達明顯提高( P lt; 0 . 0 5 );與ISO組相比,I S O+ T R Z 組 α - S M A 的蛋白表達有所提高( Plt;0 . 0 5 ) 。結論TRZ能夠加重ISO誘導的小鼠心臟纖維化。
關鍵詞:TRZ;心臟纖維化;Fibronectin;TGF-β1;
-SMA中圖分類號:R363.2 文獻標志碼:A
Abstract:ObjectiveToinvestigatetheefectof trastuzumab(TRZ)oncardiac fibrosis inducedbyisoproterenol(ISO).Methods The animal model of cardiac fibrosis induced by ISO(
)and TRZ (
)was established in C57BL/6N male mice. Thecardiac functionofmice was detectedbyultrasoundimagingsystem.Thecardiactisue morphologywasobservedbyHE staining. The fibrosis area was detected by Sirius red staining,and the protein expression of TGF- βI , α -SMA and Fibronectin was detected by Westernblot.Neonatalmousecardiacfibroblastswereisolatedandcultured,andthenstimulatedwithTRZfor24handthenwithISO for
. Western blot was used to detect the protein expression of α -SMA and fibronectin. Results 1. In the animal model of cardiac fibrosis,comparedwiththecontrolgroupandtheimmunoglobulinG(IgG)group,thejectionfraction(EF)andleftventricularoraxis shorteningrate(FS)of theISO + TRZgroupweredecreased(
, Plt;0 . 0 1 );comparedwith the TRZ group,the cardiac fibrosis area of mice in the ISO + TRZ group was significantly increased (
);compared with the TRZ,ISO,and ISO + IgG groups respectively,the protein expression of TGF- β 1 , α -SMAand fibronectinin the ISO + TRZ group was significantly increased(
, P lt; 0 , 0 1 , Plt;0 . 0 0 1 ).2.In neonatal cardiac fibroblasts,compared with ISO + IgG group fibronectin expression was increased in ISO + TRZ group(
),and α - S M A protein expression was significantly increased in ISO + TRZ group compared with control group and IgGgroup ( Plt;0 . 0 1 ).Conclusion TRZ can aggravate ISO-induced cardiac fibrosis in mice.
Keywords:TRZ;cardiac fibrosis;Fibronectin;TGF-
SMA
曲妥珠單抗(trastuzumab,TRZ)是人源化表皮生長因子受體2(HER2)單克隆抗體藥物,通過與HER2結合,抑制腫瘤細胞增殖。曲妥珠單抗注射液適用于治療多種惡性腫瘤,尤其對HER2陽性轉移性乳腺癌、胃癌和胃食管交界癌療效甚佳[1-3]。但曲妥珠單抗治療也常伴有心功能障礙的副作用,例如,單純使用曲妥珠單抗治療的小鼠右室游離壁出現纖維化和氧化應激,而在曲妥珠單抗與阿霉素聯合用藥時,右室游離壁出現的纖維化和氧化應激顯著高于對照組和單用曲妥珠單抗組[4]。心肌纖維化是缺血缺氧、負荷過度、炎癥等損傷性因素造成的心臟中細胞外基質(extra-cellularmatrix,ECM)過量沉積,以心肌間質中膠原含量升高以及比例失調和排列紊亂為特征,可導致心肌僵硬度增加以及不同程度的心臟舒縮功能障礙,同時構成致心律失常的結構基礎,與病理性心室重構及慢性心功能不全的進行性發展密切相關[5]。有臨床研究表明,TRZ治療期間部分患者出現了應激性心肌病。心臟組織廣泛地被自主神經系統所支配,包括交感神經和副交感神經[7]。我們實驗室前期研究發現,交感神經持續過度激活或心臟慢性持續暴露于超出生理濃度的兒茶酚胺類物質,是導致心肌重構及心臟損傷的重要原因之一[8], β - 腎上腺素受體激動劑異丙腎上腺素(isoproterenol,ISO)可以誘導小鼠心臟發生交感應激性損傷。課題組前期研究表明,交感神經系統的過度激活可通過 NLRP3/Caspase-1/IL-18通路引起心臟炎癥反應,這種炎癥反應會發展成為心肌纖維化,加重心臟損傷[9]。以上內容提示,在進行TRZ治療時能夠引發心臟纖維化,而在交感應激時也會發生心臟纖維化。然而尚不清楚,如果在TRZ 治療時發生了交感應激,是否會使心臟纖維化更加嚴重。本研究主要目的是明確TRZ能否加重ISO引起的心臟纖維化,為TRZ治療期間部分患者發生應激性心臟病提供實驗依據。
1 材料與方法
1.1 實驗動物和分組
SPF級
日齡新生小鼠和8周齡雄性成年小鼠(體重
購自北京大學醫學部實驗動物中心,許可證號SCXK(京)2021-0013。新生小鼠用于分離心臟成纖維細胞(cardiacfibro-blasts,CFs),成年小鼠用于制備心臟纖維化模型。動物飼養條件和實驗方法遵循北京大學醫學部實驗動物倫理標準(批準號:LA2022539)。動物實驗分為:對照組(control組), I g G 組,TRZ組,ISO組,I S O + I g G 組, I S O+ T R Z 組。以 C 5 7 B L/ 6 N 雄性小鼠為研究對象,TRZ組和 I S O+ T R Z 組給予TRZ腹腔注射曲妥珠單抗(
),每4d給藥1次,直到第21天; I g G 組和 I S O+ I g G 組給予小鼠腹腔注射人源IgG(
),每4d給藥1次,直到第21天。第18天開始,ISO組, I S O+ I g G 組, I S O + T R Z 組給予小鼠皮下注射ISO(
),每天給藥1次,連續7d,直到第24天。細胞實驗分為:control組, I g G 組,TRZ組,ISO組, I S O+ I g G 組, I S O + T R Z 組(先用
的TRZ 和 I g G 孵育細胞 2 4 h 后,再加入
的ISO刺激 2 4 h )。
1.2 主要試劑
試劑購自ISO(Sigma-Aldrich);抗纖連蛋白(fi-bronectin,FN)抗體、抗轉化生長因子β1(transfor-minggrowth factor β 1 , T G Fβ 1 )抗體、抗
-平滑肌肌動蛋白( α - smooth muscle actin, α-S M A )抗體(Ab-cam);抗 GAPDH 抗體(Cell Signaling Technology);山羊抗兔 I g G( H+ L) 抗體(北京中杉金橋生物技術有限公司);Ⅱ型膠原酶和DMEM培養液(Gibco)。
1.3新生小鼠心肌成纖維細胞分離與培養
按照本實驗室已建立的方法[10],進行新生小鼠心臟成纖維細胞分離與培養。簡述如下:將1\~2日齡的C57BL/6N乳小鼠在消毒條件下,取出心臟。采用Neonatal HeartDissociationKit試劑盒,在gen-tleMACS全自動組織解離器進行消化。用完全培養液(含 10 % 胎牛血清)終止消化,經過濾,離心、去除紅細胞、再離心、重懸細胞,接種至
培養皿,差速貼壁
后,留下貼壁細胞即心肌成纖維細胞,加入 1 0 m L 完全培養基進行培養。
1.4 細胞傳代
當新生小鼠成纖維細胞生長至約占平皿面積7 0 % 時,用
的胰蛋白酶
消化后,接種在六孔板中繼續培養,備用。
1.5 心臟超聲心動圖檢查
在小鼠纖維化造模組的第25天,用 3 % 異氟烷(isoflurane,
)誘導麻醉,待小鼠翻正反射消失后,使用Vevo2100小動物超聲影像系統(Fuji-filmVisualsonics,Canada)進行小鼠心臟超聲檢測。待心率平穩在
左右時,使用M型超聲記錄左心室最大腔腔處前后壁的運動曲線。用血流多普勒測二尖瓣血流峰值,用組織多普勒記錄二尖瓣環心肌運動速率。使用超聲影像系統的分析軟件測量連續5個以上的E和
的峰值,使用
的比值來反映小鼠的舒張功能;測量至少連續5個不受呼吸影響的心動周期參數,用射血分數(ejectionfrac-tion,EF)和短軸縮短率(fractionshortening,FS)來反映小鼠的收縮功能。
1.6 心臟重量指數測定
上述檢測完成后,稱取體重(bodyweight,BW),然后用腹腔注射的方式向小鼠注射
的戊巴比妥鈉將其麻醉,再用眼球取血法將血液滴入EP管中,打開小鼠胸腔,剪去橫膈膜,暴露心臟,將一頭連接有
生理鹽水的針管刺入左心室后,剪開右心室排液(沖洗至肝臟變白),最后取出其余組織。將心臟上的脂肪組織、血管等剝離后蘸干水分,稱取全心重量(HeartWeight,HW),同時將一側脛骨剝離并使用游標卡尺測量脛骨長度(tibiallength,TL)。分別計算心體比(HW/BW)和心腔比(HW/TL)。
1.7 組織病理學分析
4 % 多聚甲醛用于新鮮心臟組織的固定 ( 2 4 h ) ,再進行石蠟包埋、切片和染色。光學顯微鏡下,HE染色可使細胞核為藍紫色,細胞質為粉紅色。天狼猩紅染色可使膠原纖維呈紅色,其余組織則為黃色。采用NanoZoomer-SQ數字病理切片掃描儀采集心臟切片圖像。利用Image-ProPlus軟件定量分析心臟纖維化面積。結果表示為紅染部分(膠原纖維)面積占全心臟切片面積的百分比。
1.8 蛋白印跡分析
分別提取心臟組織或分離培養的細胞蛋白質,BCA法測定蛋白質濃度,等量蛋白質上樣行SDS-PAGE電泳,將蛋白移至NC膜,TBST配制 5 % 脫脂奶粉封閉膜1h,分別加入稀釋后的兔抗FN(1:5000)
-SMA(1:10000)和 TGFβ1(1:2000)抗體,孵育過夜
)。用辣根過氧化物酶標記的二抗孵育
(室溫),用ECL試劑顯像。圖像分析軟件ImageJ對成像的條帶灰度進行定量分析。
1.9 統計學處理
采用 P r i s m 9 . 0 軟件進行統計分析。計量資料以均數 ± 標準誤
表示。多組均數比較用單因素方差分析(one-wayANOVA),多重比較用Tukey檢驗。 P lt; 0 . 0 5 為有統計學意義。
2 結果
2.1TRZ與ISO聯合用藥降低小鼠心臟舒張與收縮功能
使用小動物超聲儀檢測小鼠的心臟功能。結果如圖1所示。

A:小鼠模型制備流程圖;B:小鼠心臟超聲心動圖的代表圖;C:心臟超聲心動圖結果統計圖,左室射血分數 ( E F) % 、左室短軸縮短率 ( F S) % 、舒張早期二尖瓣瓣口血流峰值比舒張早期二尖瓣瓣環處心肌的運動速率之值(E/E')、左心室舒張末期后壁厚度(
、左心室收縮末期后壁厚度( . L V I D ; s , m m )、左心室舒張末期室間隔厚度
、左心室收縮末期室間隔厚度 ( I V S ; s ) !
左心室舒張末期內徑 ( L V P W; d, m m) )左心室收縮末期內徑(
;D:小鼠心臟重量統計圖,心重體重比值
、心重腔骨長比值(HW/TB,
\" n = 7 - 1 2 ,
*,
,
,單因素方差分析。
從給予小鼠TRZ的第18天開始給予ISO連續7d腹腔注射后, I S O + T R Z 組與 I g G 組相比 E
和心重體重比值(HW/BW)有所增加( P lt; 0.05),而心臟射血分數( E F% )心室短軸縮短率(FS)明顯降低(
)。而IVS;d、IVS;s、LVID;d、LVID;s、LVPW;d、LVPW;s這些數據在組與組之間并無統計學差異。
2.2 TRZ增加ISO介導的小鼠心臟纖維化面積
為觀察TRZ加重ISO引起的小鼠舒張功能降低是否因心臟發生纖維化所導致,小鼠心臟組織切片分別做HE染色和天狼猩紅染色。結果如圖2所示,I S O + T R Z 組與TRZ組相比,ISO與TRZ聯合應用時的心臟組織纖維化面積比TRZ單獨作用時明顯增加0 P lt; 0 . 0 1 ),說明心臟組織膠原纖維沉積加重。

2.3TRZ促進ISO處理引起的心臟組織中成纖維細胞轉分化標志物表達增加
將小鼠心臟組織中的蛋白質進行提取后,檢測在心臟組織中成纖維細胞轉分化標志物的表達,從分子水平進一步證實TRZ加重ISO引起的纖維化病理改變。Westernblot結果如圖3所示, I S O+ T R Z 組與 I S O+ I g G 組比較分析,可見TRZ能使ISO處理引起的成纖維細胞轉分化標志物Fibronectin( P lt; 0.05)、TGF-β1(
和
-SMA( P lt; 0 . 0 5 )的蛋白表達量顯著增加。與TRZ組相比, I S O + T R Z 組的Fibronectin( P lt; 0 . 0 0 1 )、TGF-β1(
)和
SMA( P lt; 0 . 0 1 )的蛋白表達量亦顯著增加。

A:Westernblot分析心肌組織中Fibronectin
和
的蛋白水平變化;B:Fibronectin蛋白水平變化的統計結果,n = 8 ,
,
,
單因素方差分析;
蛋白水平變化的統計結果, n = 8 *,
,
,*
單因素方差分析;D:TGF-β1蛋白水平變化的統計結果, n = 6
,單因素方差分析。
2.4TRZ可促進ISO引起的心臟成纖維細 胞的轉分化標志物表達增加
將乳鼠的心臟成纖維細胞分離后,檢測在心臟成纖維細胞中TRZ是否可以促進ISO引起的細胞轉分化標志物表達。先給予成纖維細胞TRZ(50
)預處理 2 4 h 后,隨后給予ISO 刺激 2 4 h 。
Westernblot結果如圖4所示,通過對 I S O + T R Z 組與 I S O+ I g G 組所得結果的比較發現,TRZ能使ISO處理引起的心臟成纖維細胞中Fibronectin( P lt; 0.01)的蛋白表達量明顯增加。
圖4TRZ促進ISO處理的心臟成纖維細胞中轉分化標志物的表達

3 討論
本研究通過給予小鼠腹腔注射TRZ的預處理,再皮下注射 β -腎上腺素受體激動劑ISO連續7d,模擬在TRZ治療期間發生交感應激狀態,觀察小鼠心臟纖維化的程度,結果顯示在有TRZ處理的情況下,ISO引起的心臟纖維化面積更大,心肌組織中的纖維化標志物表達顯著增加,心臟舒張功能有所降低,說明TRZ可以加重ISO引起的心肌纖維化。進一步通過細胞實驗檢測成纖維細胞轉分化的分子標志物,證實TRZ預處理促進了ISO引起的成纖維細胞轉分化。研究結果表明,TRZ能夠加重小鼠交感應激引起的心臟纖維化。
在臨床上,心臟毒性是公認的與HER2靶向治療相關的不良反應,而心臟纖維化是其中一種重要的病理改變[1]。有報道稱,當 TRZ 與別的藥物聯合治療時,會進一步加重其對心臟造成的損傷。有統計顯示, 2 7 % 的接受了蒽環類藥物和TRZ聯合治療的患者出現了心功能障礙, 1 6 % 的患者出現了癥狀性心力衰竭,相比之下,單純使用蒽環類藥物治療的患者分別只有 8 % 和 3 % 出現心功能障礙和癥狀性心力衰竭[12]。在 TRZ 的治療過程中,有的患者伴有高血壓等心血管基礎疾病,也有的患者會發生情緒激動等交感應激狀態。有研究發現,β-腎上腺素受體激動劑異丙腎上腺素(ISO)可以誘導心臟出現交感應激,當交感應激過度激活時會導致心臟纖維化[13]。我們的研究結果說明在 TRZ 治療的過程中,如果同時存在交感應激狀態,那么心臟發生的纖維化會更加嚴重。在心肌細胞和其他非心臟細胞類型中,G蛋白偶聯受體激動劑(血管緊張素ⅡI,內皮素-1和
-腎上腺素能激動劑)可激活HER受體[14]。而曲妥珠單抗在心臟應激源存在的情況下尤其會產生心臟毒性作用[15]。心臟出現交感應激的過度激活的情況下,血漿中的兒茶酚胺增加還可以促進心肌細胞中HER2的表達,從而使心臟更容易受到曲妥珠單抗的毒性影響[16]。有文獻報道,在乳腺癌細胞中ISO或者沙美特羅(
激動劑)可以激活信號傳導轉錄激活因子3(signaltransducerandactivatorsoftranscription3,STAT3),增強STAT3與HER2啟動子區域的結合,進而促進HER2的表達[17]。當心臟持續受損時,其最終結局往往為心力衰竭。這一過程中最為突出的病理改變之一是左室肥厚,是早期心臟受損的敏感指標,具有心室壁增厚、心肌重量增加和心肌重塑等心肌變化現象。本研究通過建立ISO和TRZ誘導心臟纖維化動物模型。發現,當TRZ與ISO聯合作用時,與對照組相比,小鼠的心臟重量顯著增加,而其心臟的舒張以及收縮功能有所降低。說明在使用TRZ時,如果發生交感神經的興奮性增加,會通過激動心臟 β -腎上腺素受體,對小鼠心臟造成顯著損傷。
能夠引起心臟纖維化損傷的原因有很多,比如,在心肌處于缺氧狀態中、心肌發生炎癥反應時,還有兒茶酚胺持續增加、腎素血管緊張素系統激活等病理刺激,都會促進心肌細胞合成和釋放TGF- β 等促纖維化因子,這些促纖維化因子可以直接激活成纖維細胞,分泌參與膠原蛋白成熟和沉積的蛋白質,甚至可以直接產生膠原蛋白[18]。此外,Fibronectin在心臟纖維化中也起著關鍵作用,這種多功能糖蛋白主要以可溶性蛋白的形式由不同類型的細胞(包括心臟成纖維細胞和內皮細胞)分泌,并通過細胞依賴過程聚合成
。本研究通過對纖維化動物模型的心臟進行天狼猩紅染色,發現ISO與TRZ聯合作用時的心臟組織纖維化面積與TRZ單獨作用時相比,有明顯的增加。再通過蛋白印跡實驗,對ISO和TRZ誘導的心臟纖維化動物模型中的心臟組織和心臟成纖維細胞中轉分化標志物Fibronec-tin ∴ T G F -β 1 和
的蛋白表達量進行檢測。發現當TRZ與ISO聯合作用時,與單獨用藥相比,以上轉分化標志物的蛋白表達量都有顯著的增高。表明TRZ與ISO聯合作用比單獨作用更能引起心臟纖維化損傷。
綜上所述,本研究結果表明TRZ可以加重交感應激導致的心臟纖維化,這兩種因素的共同作用對小鼠心臟造成的纖維化和心功能損傷要比單獨使用ISO或TRZ更加嚴重。這些結果為臨床上TRZ的心臟毒性作用提供了實驗依據,提示在用TRZ治療過程中,患者心臟更易因交感-兒茶酚胺興奮性增高而造成心肌損傷。研究結果為用TRZ治療腫瘤時減輕心臟纖維化的副作用提供了新的實驗依據。
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(責任編輯:唐慧)