張 靜,王洪新,楊 娟,魯美麗,李勝陶,喻曉春
(1.遼寧醫(yī)學(xué)院 遼寧省心腦血管藥物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧,錦州 121001;2.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心,北京 100700)
心肌肥厚(myocardial hypertrophy)是心臟對(duì)體內(nèi)外各種刺激產(chǎn)生的一種適應(yīng)性反應(yīng),隨著疾病的進(jìn)展,最終可導(dǎo)致心力衰竭[1]。β腎上腺素能受體是調(diào)節(jié)心臟功能的主要受體,其在心臟中的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制一直是研究的熱點(diǎn),β受體興奮后導(dǎo)致炎癥因子的活化,并且涉及多種心血管疾病[2]。研究發(fā)現(xiàn)異丙腎上腺素(Iso)誘導(dǎo)心肌肥厚的過(guò)程中涉及炎癥反應(yīng),使機(jī)體炎癥因子如白細(xì)胞介素-6(IL-6)、白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等含量增加[3]。有證據(jù)表明黃芪多糖(astragalus polysaccharides,APS)具有一定的抗炎作用,可明顯減少脂多糖誘導(dǎo)的人單核細(xì)胞株THP21中IL-6的表達(dá)及分泌[4]。本實(shí)驗(yàn)室已證明:① Iso可激活CaMKⅡ 信號(hào)通路誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大[5],② APS對(duì)Iso誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大具有一定的保護(hù)作用[6],其APS的劑量是本實(shí)驗(yàn) APS的參考依據(jù)。然而APS是否通過(guò)抑制CaMKⅡ信號(hào)通路保護(hù)心肌及CaMKⅡ在Iso誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大所致炎癥反應(yīng)中的作用,目前尚無(wú)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用 10 μmol·L-1的Iso為誘導(dǎo)劑[7],進(jìn)一步探討APS對(duì)Iso誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大的保護(hù)作用及其可能機(jī)制。
1.1 動(dòng)物、藥品和試劑 出生1~3天的SD乳鼠,♀♂不拘,由遼寧醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供,動(dòng)物合格證號(hào):SCXK(遼)2003-0007。黃芪多糖為陜西森弗生物技術(shù)有限公司,批號(hào):HQ090312,純度98%;Iso、PRO、二甲基亞砜(DMSO)﹑十二烷基硫酸鈉(SDS)﹑CaMKⅡ抑制劑KN93均購(gòu)自美國(guó)sigma公司;低糖DMEM培養(yǎng)基購(gòu)自Gibco公司;小牛血清購(gòu)自美國(guó)Hyclone公司;RT-PCR試劑盒、引物、Marker均購(gòu)自大連寶生物工程有限公司;CaMKⅡδ一抗購(gòu)自Santa Cruz;IL-6、TNF-α ELISA 試劑盒購(gòu)自 R&D公司;其他試劑均為分析純。
1.2 體外乳鼠心肌細(xì)胞原代培養(yǎng) 體積分?jǐn)?shù)為0.75的乙醇消毒,無(wú)菌開(kāi)胸,迅速取出心臟,置于盛有D-Hanks溶液培養(yǎng)皿中清洗,修剪心臟僅留心尖部分并剪成大小約為0.5~1.0 mm3的碎塊,加入0.8 g·L-1胰蛋白酶溶液,37℃分次恒溫消化,第一次10 min,棄上清,以后均為8 min,消化4~5次。將消化好的細(xì)胞置于體積分?jǐn)?shù)為0.15小牛血清、0.84低糖DMEM和0.01雙抗(含濃度均為100 U·L-1的青霉素和鏈霉素)吹打均勻后,裝入25 cm2培養(yǎng)瓶(或24孔培養(yǎng)板)中,37℃,5%CO2孵箱中培養(yǎng)。采用差速貼壁法純化心肌細(xì)胞,然后將細(xì)胞調(diào)至所需密度(培養(yǎng)瓶為5×106,培養(yǎng)板為5×105)置于孵箱中繼續(xù)培養(yǎng)。
1.3 分組及給藥方法 常規(guī)培養(yǎng)心肌細(xì)胞48 h后,為減少血清成分對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響,更換體積分?jǐn)?shù)為0.0004小牛血清的低糖培養(yǎng)基繼續(xù)培養(yǎng)24 h,待細(xì)胞生長(zhǎng)周期同步化后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)所需藥品Iso、APS和PRO均為水溶性,三蒸水溶解后0.22 μm針式濾器除菌;KN93溶于DMSO,為消除DMSO對(duì)心肌細(xì)胞的毒性作用,其在培養(yǎng)基中的體積分?jǐn)?shù)需小于0.001。給藥組APS、KN93和PRO預(yù)先孵育30 min,加入Iso,48 h后進(jìn)行各指標(biāo)的測(cè)定。實(shí)驗(yàn)共分為 8 組:①正常對(duì)照組;②Iso(10 μmol·L-1);③KN93(0.2 μmol·L-1);④Iso+KN93;⑤Iso+APS(0.1 mg·L-1);⑥Iso+APS(1 mg·L-1);⑦Iso+APS(10 mg·L-1);⑧Iso+PRO(2 μmol·L-1)。
1.4 心肌細(xì)胞體積的測(cè)定 取“1.3”處理的各組細(xì)胞,PBS快速?zèng)_洗長(zhǎng)滿(mǎn)細(xì)胞的培養(yǎng)孔,每孔加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1% 的胰蛋白酶,放入37℃ 恒溫箱中孵育10 min左右,隨后每孔加入含體積分?jǐn)?shù)為0.1×102血清的培養(yǎng)基終止消化。將同組細(xì)胞合并收集注入一細(xì)胞室內(nèi)(該細(xì)胞室底部是一經(jīng)硅化的蓋玻片,防止心肌細(xì)胞貼壁),在放大400倍的倒置顯微鏡下觀察細(xì)胞,幾乎呈球形。用計(jì)算機(jī)CIAS大恒細(xì)胞圖像分析系統(tǒng)測(cè)量單個(gè)細(xì)胞的直徑,進(jìn)而計(jì)算出細(xì)胞的體積。每孔隨機(jī)選擇4個(gè)視野,每個(gè)視野測(cè)20個(gè)細(xì)胞。
1.5 心肌細(xì)胞總蛋白質(zhì)含量的測(cè)定 取“1.3”處理的各組細(xì)胞,吸去各孔中的培養(yǎng)液,PBS溶液沖洗3次,加入SDS使細(xì)胞裂解,為減少去垢劑對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響,SDS的含量應(yīng)低于0.01%。根據(jù)計(jì)數(shù),每孔細(xì)胞數(shù)約為5×105個(gè),采用 Bradford法測(cè)定細(xì)胞的總蛋白含量。
1.6 ELISA法檢測(cè)心肌細(xì)胞外液IL-6和TNF-α的含量 取“1.3”處理的各組細(xì)胞上清液,將試劑盒置于室溫平衡30 min,按照ELISA試劑盒說(shuō)明進(jìn)行操作,完畢后在全自動(dòng)酶標(biāo)儀于450 nm波長(zhǎng)讀取吸光度值,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn),根據(jù)各標(biāo)本吸光度值在標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)上得出相應(yīng)的濃度。
1.7 RT-PCR法檢測(cè)心肌細(xì)胞 ANP mRNA的表達(dá) 收集“1.3”處理的各組細(xì)胞,加入 TRIzol試劑800 μl裂解細(xì)胞,收集細(xì)胞裂解液,氯仿抽提,異丙醇沉淀,用DEPC處理水回收總RNA。以質(zhì)量濃度為10 g·L-1的瓊脂糖凝膠電泳和紫外分光光度計(jì)A260/A280鑒定RNA濃度和純度,純度以大于1.8為宜。取約1 μg總 RNA進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄。反轉(zhuǎn)錄條件為:30℃ 10 min;45℃ 30 min;95℃ 5 min。ANP 引物:up:5'-GGGCTCCTTCTCCATCAC-3',down:5'-CCCTCAGTTTGCTTTTCA-3'(348 bp);內(nèi)參GAPDH的引物序列為:up:5'-AATGCATCCTGCCACCACCAACTGC-3',down:5'-CCAGGCCATGTAGTAGGCCATGAGGTC-3'(550 bp)。PCR反應(yīng)條件:94℃45 s,55℃ 50 s,72 ℃ 1 min 15 s。循環(huán)擴(kuò)增結(jié)束后,取10 μl產(chǎn)物進(jìn)行質(zhì)量濃度為20 g·L-1的瓊脂糖凝膠電泳。電泳結(jié)束后,置于凝膠成像系統(tǒng)進(jìn)行觀察和分析。
1.8 Western blot法測(cè)心肌細(xì)胞 CaMKⅡδ蛋白水平 收集“1.3”處理的各組細(xì)胞,BCA法蛋白定量。保證上樣量相同條件下計(jì)算出每組應(yīng)吸取樣品上清的體積,用上樣緩沖液補(bǔ)至 80 μl,再加 100 μl溴酚藍(lán)染液煮沸4 min,然后各取10 μl樣品以及蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品點(diǎn)樣,進(jìn)行聚丙烯酰胺凝膠電泳。初始電壓為90 V,觀察 Marker的移動(dòng)情況,適時(shí)終止電泳。轉(zhuǎn)膜、封閉、洗膜,然后取所需部分與稀釋過(guò)的一抗(1∶1 000)4℃雜交過(guò)夜,第2日用 TBST洗膜3次,然后室溫與二抗作用至少1 h,再次洗膜3次,加ECL顯色,上機(jī)檢測(cè)。
1.9 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用 SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,數(shù)據(jù)均以±s表示,采用單因素方差分析和LSD法。
2.1 APS對(duì)心肌細(xì)胞形態(tài)學(xué)改變的影響 Fig 1顯示,在倒置相差顯微鏡下觀察,正常對(duì)照組心肌細(xì)胞呈梭形、三角形和不規(guī)則形,有突起,呈放射狀排列;Iso組細(xì)胞較為飽滿(mǎn)且明顯肥大,可見(jiàn)少量細(xì)胞碎片;KN93組(CaMKⅡ抑制劑 )細(xì)胞形態(tài)與正常對(duì)照組無(wú)明顯差異;Iso+KN93組和Iso+不同濃度黃芪多糖組均對(duì)肥大的心肌細(xì)胞有一定的改善作用,表現(xiàn)為細(xì)胞體積變小,細(xì)胞碎片減少,且黃芪多糖從低劑量(0.1 mg·L-1)、中劑量(1 mg·L-1)到高劑量組(10 mg·L-1),保護(hù)作用依次增強(qiáng),呈劑量依賴(lài)性。
2.2 APS對(duì)心肌細(xì)胞體積及蛋白含量的影響Tab 1顯示,與正常對(duì)照組相比,Iso組心肌細(xì)胞體積增大了88.3%,總蛋白含量增加了55.3%;KN93組細(xì)胞體積和總蛋白含量未見(jiàn)明顯改變,提示CaMKⅡ的抑制劑對(duì)正常心肌細(xì)胞無(wú)影響;與Iso組相比,Iso+KN93組、Iso+PRO組和黃芪多糖低、中、高劑量組心肌細(xì)胞體積分別減小了45.2%、44.7%、27.6%、35.2%、45.2%,細(xì)胞總蛋白含量分別降低了 33.9%、33.4%、13.5%、25.0%、34.7%;提示KN93組、PRO組和APS低、中、高劑量組均可對(duì)Iso誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大產(chǎn)生一定的抑制作用,且APS存在劑量依賴(lài)性。
Fig 1 Pictures of the cultured neonatal rat cardiomyocytes(×400)
Tab 1 Effects of different treatments on cell size and total protein content of cultured myocardial cells induced by Iso[±s,n=80(size),n=6(protein)]
Tab 1 Effects of different treatments on cell size and total protein content of cultured myocardial cells induced by Iso[±s,n=80(size),n=6(protein)]
**P<0.01 vs normal group;##P<0.01 vs Iso;□P<0.05 vs APS 0.1 mg·L-1;△P<0.05 vs APS 1 mg·L-1
Group Cell size/μm3 Protein/μg(in 5 ×105cells Normal 1170 ±112 17.15 ±1.1 Iso 10 μmol·L -1 2204 ±167** 26.63 ±1.6**KN93 0.2 μmol·L -1 1181 ±141 17.28 ±1.1 Iso+KN93 1208 ±139## 17.59 ±1.3##Iso+APS 0.1 mg·L -1 1597 ±189## 23.03 ±1.7##Iso+APS 1 mg·L -1 1428 ±144##□ 19.98 ±2.7##□Iso+APS 10 mg·L -1 1203 ±116##△ 17.39 ±1.5##△Iso+PRO 2 μmol·L -1 1218 ±156## 17.72 ±1.5##)
2.3 APS對(duì)心肌細(xì)胞外液中IL-6和TNF-α表達(dá)的影響 Tab 2顯示,與正常對(duì)照組相比,Iso組心肌細(xì)胞外液中IL-6的含量增加了65.9%,且TNF-α含量的增加大于100%;KN93組細(xì)胞外液中IL-6和TNF-α的含量未見(jiàn)明顯改變;與Iso組相比,Iso+KN93組、Iso+PRO組和黃芪多糖低、中、高劑量組中IL-6和TNF-α的含量均明顯較少,且APS存在劑量依賴(lài)性;提示 APS可以減少炎癥因子 IL-6和TNF-α的釋放,保護(hù)心肌。
Tab 2 Effects of different treatments on expression of IL-6 and TNF-α in cultured myocardial cells induced by Iso(±s,n=6)
Tab 2 Effects of different treatments on expression of IL-6 and TNF-α in cultured myocardial cells induced by Iso(±s,n=6)
**P<0.01 vs normal group;##P<0.01 vs Iso;□P<0.05 vs APS 0.1 mg·L-1;△P <0.05 vs APS 1 mg·L-1
Group IL-6/ng·L-1 TNF-α/ng·L -1 Normal 131.2 ±1.9 22.8 ±2.9 Iso 10 μmol·L-1 217.7 ±6.8** 68.4 ±4.7**KN93 0.2 μmol·L-1 138.4 ±2.8 25.3 ±2.3 Iso+KN93 141.7 ±1.8## 27.2 ±1.6##Iso+APS 0.1 mg·L -1 185.2 ±4.2## 36.4 ±3.3##Iso+APS 1 mg·L -1 163.7 ±4.7##□ 29.4 ±3.9##□Iso+APS 10 mg·L-1 140.0 ±2.4##△ 26.8 ±2.3##△Iso+PRO 2 μmol·L -1 143.9 ±3.2## 28.4 ±3.4##
2.4 APS對(duì)心肌細(xì)胞ANP mRNA表達(dá)的影響Tab 3和Fig 2顯示,與正常對(duì)照組相比,Iso組心肌細(xì)胞ANP mRNA的表達(dá)明顯增高了46.9%;KN93組ANP mRNA的表達(dá)未見(jiàn)明顯改變;與Iso組相比,Iso+KN93組、Iso+PRO組和黃芪多糖低、中、高劑量組ANP mRNA的表達(dá)均降低,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;表明KN93組、PRO組、黃芪多糖組均對(duì)Iso誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大有一定的抑制作用,提示阻斷CaMKⅡ信號(hào)通路可能對(duì)心肌有保護(hù)的作用。
2.5 APS對(duì)心肌細(xì)胞CaMKⅡδ蛋白表達(dá)的影響
Tab 4和Fig 3顯示,與正常對(duì)照組相比,Iso組CaMKⅡδ蛋白表達(dá)明顯增高了;KN93組蛋白表達(dá)未見(jiàn)明顯改變;與Iso組相比,Iso+KN93組、Iso+PRO組和黃芪多糖低、中、高劑量組CaMKⅡδ蛋白表達(dá)均明顯降低,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;提示黃芪多糖可能通過(guò)抑制CaMKⅡ信號(hào)通路的激活,從而達(dá)到保護(hù)心肌的作用。
Fig 2 Effects of different treatments on ANP mRNA expression of cultured neonatal rat cardiomyocytes
Tab 3 Effects of different treatments on ANP mRNA expression of cultured myocardial cells induced by Iso(±s,n=4)
Tab 3 Effects of different treatments on ANP mRNA expression of cultured myocardial cells induced by Iso(±s,n=4)
**P<0.01 vs normal group;##P<0.01 vs Iso;□P<0.05 vs APS 0.1 mg·L-1;△P <0.05 vs APS 1 mg·L-1
Group ANP mRNA(IA ANP/IA GAPDH)Normal 1.021 ±0.028 Iso 10 μmol·L-1 1.922 ±0.085**KN93 0.2 μmol·L-1 1.029 ±0.017 Iso+KN93 1.141 ±0.038##Iso+APS 0.1 mg·L -1 1.406 ±0.159##Iso+APS 1 mg·L -1 1.211 ±0.097##□Iso+APS 10 mg·L-1 1.047 ±0.153##△Iso+PRO 2 μmol·L -1 1.351 ±0.172##
Tab 4 Effects of different treatments on CaMKⅡδ expression of cultured myocardial cells induced by Iso(±s,n=4)
Tab 4 Effects of different treatments on CaMKⅡδ expression of cultured myocardial cells induced by Iso(±s,n=4)
**P<0.01 vs normal group;##P<0.01 vs Iso;□P<0.05 vs APS 0.1 mg·L-1;△P <0.05 vs APS 1 mg·L-1
Group A CaMKⅡδ/A β-actin Normal 0.61 ±0.02 Iso 10 μmol·L-1 0.94 ±0.05**KN93 0.2 μmol·L-1 0.63 ±0.01 Iso+KN93 0.65 ±0.02##Iso+APS 0.1 mg·L -1 0.81 ±0.06##Iso+APS 1 mg·L -1 0.72 ±0.08##□Iso+APS 10 mg·L-1 0.64 ±0.06##△Iso+PRO 2 μmol·L -1 0.67 ±0.05##
Fig 3 Effects of different treatments on CaMKⅡδ expression of cultured neonatal rat cardiomyocytes
心肌肥厚是心臟對(duì)各種病理性刺激產(chǎn)生的一種適應(yīng)性生理反應(yīng)。最初,可能是心臟為適應(yīng)正常的室壁應(yīng)力和保持收縮功能,但這種適應(yīng)過(guò)程可能逐步發(fā)展為擴(kuò)張型心肌病、心肌纖維化、心律失常、心力衰竭甚至猝死[8]。研究發(fā)現(xiàn)[9],心肌肥厚過(guò)程中,肥厚基因的表達(dá)增高,且有炎癥因子的過(guò)度表達(dá)。Serra等[10]研究發(fā)現(xiàn),Iso誘導(dǎo)的心肌肥厚中TNF-α和IL-6的表達(dá)水平增高,運(yùn)動(dòng)療法使促炎性因子明顯減少,改善心肌收縮力,抑制左心室肥厚,防止心室重塑,保護(hù)心肌。因此,炎癥在心肌肥厚中的作用是不能忽視的。
CaMKⅡ是一種普遍存在的、多效性的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,在心臟中以 δ亞型為主[11]。CaMKⅡ通過(guò)與鈣化的鈣調(diào)蛋白(Ca2+/CaM)結(jié)合,使其抑制性結(jié)構(gòu)域移位,發(fā)生自動(dòng)磷酸化而被激活[12]。研究發(fā)現(xiàn)[13],持續(xù)的心肌損傷通過(guò)激活CaMKⅡ信號(hào)通路,使促炎基因表達(dá),產(chǎn)生炎癥反應(yīng),進(jìn)而發(fā)生心肌肥厚,因此,CaMKⅡ可以作為連接心肌肥厚和炎癥信號(hào)通路的樞紐。實(shí)驗(yàn)表明,抑制CaMKⅡ的活性可以減少心肌肥厚、防止功能性重構(gòu)及心律失常的發(fā)生[14]。Singh 等[15]發(fā)現(xiàn),在野生型大鼠后壁心肌梗死模型中,CaMKⅡ被氧化激活,肥厚的標(biāo)志性基因的表達(dá)上調(diào),促炎基因如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、補(bǔ)體因子 B(Cfb)的含量明顯增多,并且發(fā)生心肌細(xì)胞壞死和心肌纖維化。
本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),經(jīng)Iso處理的心肌細(xì)胞體積增大、總蛋白含量增多及ANP mRNA的表達(dá)增高,表明肥大模型成功;APS和CaMKⅡ阻斷劑KN93均可明顯減少上述表現(xiàn),除此之外,均可使CaMKⅡδ蛋白的表達(dá)降低,且APS的劑量越大,效果越明顯,呈現(xiàn)一定的劑量依賴(lài)性,提示阻斷CaMKⅡ可降低ANP mRNA的表達(dá),抑制心肌肥厚;同時(shí)APS可通過(guò)阻斷CaMKⅡ有效抑制Iso誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),經(jīng)Iso處理的心肌細(xì)胞外液中IL-6和TNF-α的含量增加,APS和CaMKⅡ阻斷劑KN93均可減少炎癥因子IL-6和TNF-α的釋放,APS在此亦呈劑量依賴(lài)性,提示APS通過(guò)阻斷CaMKⅡ抑制炎癥因子的產(chǎn)生。故APS可以通過(guò)阻斷CaMKⅡ信號(hào)通路減少炎癥因子的產(chǎn)生,抑制炎癥反應(yīng)和心肌細(xì)胞肥大,從而保護(hù)心肌。
眾多研究表明,心肌肥厚的過(guò)程中涉及CaMKⅡ的激活和炎癥反應(yīng),但APS是否可以通過(guò)減少炎癥反應(yīng)阻斷CaMKⅡ達(dá)到保護(hù)心肌的作用,目前尚不清楚,本實(shí)驗(yàn)通過(guò)研究黃芪多糖對(duì)CaMKⅡ信號(hào)通路的影響,進(jìn)一步深入研究心肌肥厚的可能機(jī)制和中國(guó)傳統(tǒng)中藥黃芪的保護(hù)作用,為心肌肥厚等心血管疾病的防治提供新思路。黃芪多糖抑制心肌肥厚的過(guò)程中,是否涉及其它通路及是否與CaMKⅡ信號(hào)通路存在交互作用有待于進(jìn)一步的研究。
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