熱休克蛋白A12B對(duì)心肌缺血/再灌注損傷的保護(hù)作用

戴樂楊 孔秋月 李楠 丁正年

熱休克蛋白A12B對(duì)心肌缺血/再灌注損傷的保護(hù)作用

戴樂楊 孔秋月 李楠 丁正年

目的 探討熱休克蛋白A12B(heat shock protein A12B,HSPA12B)在心肌缺血/再灌注(ischemia/reperfusion,I/R)損傷中的作用。 方法 本實(shí)驗(yàn)采用8～10周齡、雄性高表達(dá)HSPA12B轉(zhuǎn)基因鼠(HSPA12B transgenic mice,Tg鼠),一窩所生的雄性野生型(wild type,WT)鼠作為對(duì)照,隨機(jī)分配后行假手術(shù)或I/R手術(shù)，結(jié)扎冠狀動(dòng)脈左前降支45 min (缺血)、松開結(jié)扎線4 h (再灌注)。 通過聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)檢測(cè)WT鼠I/R手術(shù)與假手術(shù)后4 h,心肌HSPA12B mRNA的表達(dá)水平;通過2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)染色法測(cè)定I/R手術(shù)后4 h,WT鼠與Tg鼠的心肌梗死面積;通過免疫印跡法檢測(cè)WT鼠與Tg鼠分別行I/R手術(shù)與假手術(shù)的4組心肌中Bcl-2和Bax蛋白水平。 結(jié)果 I/R損傷引起WT鼠心肌HSPA12B mRNA表達(dá)水平增高。在共同經(jīng)歷I/R損傷后,Tg鼠較WT鼠的心肌梗死面積縮小,并且Tg鼠心肌組織抗凋亡能力(Bcl-2/Bax比值)明顯高于WT鼠。 結(jié)論 高表達(dá)HSPA12B可能通過減少細(xì)胞凋亡,減輕心肌I/R損傷,發(fā)揮心肌保護(hù)的功能,提示HSPA12B可能是干預(yù)心肌I/R損傷的潛在靶點(diǎn)。

熱休克蛋白A12B; 心肌缺血/再灌注損傷; 細(xì)胞凋亡

心肌缺血是臨床常見疾病,盡早恢復(fù)缺血心肌的血流是治療心肌缺血的根本手段[1]。然而,在血流恢復(fù)的早期會(huì)額外加重原有缺血心肌的損傷,這種現(xiàn)象被稱為缺血/再灌注(ischemia/reperfusion,I/R)損傷。熱休克蛋白A12B(heat shock protein A12B,HSPA12B)是近年在動(dòng)脈粥樣斑塊中克隆到的新型熱休克蛋白[2],課題組前期研究發(fā)現(xiàn)HSPA12B能夠減輕腦I/R損傷[3],并對(duì)永久缺血誘發(fā)的心臟重塑有保護(hù)作用[4],但HSPA12B在心肌I/R損傷中的作用尚不清楚,本研究將探討HSPA12B是否對(duì)心肌I/R損傷具有保護(hù)作用。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 采用BAC/PAC系統(tǒng),構(gòu)建人HSPA12B基因的表達(dá)載體。限制性內(nèi)切酶酶切后獲得線性化的人HSPA12B基因表達(dá)序列,顯微注射到C57BL/6小鼠受精卵原核中。通過提取鼠尾基因并與轉(zhuǎn)基因特異性引物進(jìn)行PCR來確定首建鼠的基因型。首建鼠與所有的后代均與C57/BL6小鼠回交。通過免疫印跡法驗(yàn)證高表達(dá)HSPA12B小鼠轉(zhuǎn)基因成功[5]。本實(shí)驗(yàn)采用8～10周齡、雄性高表達(dá)HSPA12B的轉(zhuǎn)基因鼠(HSPA12B transgenic mice,Tg鼠),一窩所生的雄性野生型(wild type,WT)鼠作為對(duì)照。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物飼養(yǎng)于南京大學(xué)模式動(dòng)物研究所SPF級(jí)動(dòng)物房。

1.2 方法

1.2.1 心肌I/R模型:小鼠1.5%～2%異氟烷吸入麻醉后,開胸、暴露心臟,結(jié)扎冠脈左前降支引起心肌缺血,45 min后解除結(jié)扎進(jìn)行血流再灌注。假手術(shù)(Sham)組除不結(jié)扎血管外,其他步驟與I/R手術(shù)一致[6]。

1.2.2 定量聚合酶鏈反應(yīng)(PCR):收集I/R術(shù)后4 h的心室肌組織,提取總RNA,逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA,以HSPA12B相應(yīng)引物進(jìn)行定量PCR,其上游、下游引物分別為GGCCTGCAAGGGCTGTATATC、ATGTGGTTCCAAAGTCGATGG。檢測(cè)心肌組織中HSPA12B mRNA的表達(dá)水平。

1.2.3 免疫印跡:收集I/R術(shù)后4 h的心室肌組織,提取可溶性蛋白質(zhì),先行10%SDS-PAGE膠分離蛋白，再轉(zhuǎn)至PVDF膜(Millipore)上,5%脫脂牛奶封閉1 h,抗HSPA12B(1∶1000,Santa Cruz,美國(guó))、抗Bax(1∶1000,Cell Signaling Technology,美國(guó))、抗Bcl-2(1:1000,Cell Signaling Technology,美國(guó))抗體孵育過夜(4 ℃),繼而用辣根過氧化物酶標(biāo)記二抗4 ℃孵育2 h,ECL(Pierce,美國(guó))顯色。以抗甘油醛-3-磷酸脫氫酶(GAPDH)(1∶1000,Bioworld,美國(guó))的免疫印跡作為上樣量的內(nèi)參[4]。顯色條帶用AlphaEaseFC(Alpha Innotech,美國(guó))進(jìn)行灰度定量。檢測(cè)HSPA12B、Bax、Bcl-2的蛋白水平。

1.2.4 2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)染色:I/R術(shù)后4 h,斷頸處死小鼠,快速取出心臟,生理鹽水漂洗血液后切片,置于1.5%的TTC溶液中37℃孵育15 min。檢測(cè)梗死面積(白色)占心室面積的百分比,以此表示心肌損傷的程度。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 所有數(shù)據(jù)采用GraphPad Prism 6進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,2組間比較采用成組t檢驗(yàn),多組間比較采用雙因素方差分析(two-way ANOVA),組間多重比較采用Tukey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 I/R損傷對(duì)WT小鼠心肌HSPA12B mRNA表達(dá)的影響 與WT小鼠Sham組相比,I/R組的小鼠心肌組織中HSPA12B mRNA水平增高了157.8%(0.9±0.2比0.4±0.1,P<0.01,n=6)。

2.2 鑒定HSPA12B轉(zhuǎn)基因小鼠 與WT鼠相比,Tg鼠心肌組織HSPA12B蛋白水平升高了591.4%(6.9±0.5比1.0±0.1,P<0.01,n=4)。表明轉(zhuǎn)基因鼠構(gòu)建成功。見圖1。

圖1 Tg鼠和WT鼠心肌HSPA12B蛋白水平比較

2.3 HSPA12B縮小I/R損傷引起的心肌梗死面積 I/R 4 h后,與WT鼠相比,Tg鼠的心肌梗死面積縮小了52.3%(14.4%±1.5%比30.3%±4.4%,P<0.01，n=5)。該結(jié)果提示,高表達(dá)HSPA12B可以顯著減輕心肌I/R損傷。見圖2。

圖2 I/R 4 h后Tg鼠與WT鼠心肌梗死面積比較

2.4 HSPA12B使I/R損傷心肌抗凋亡蛋白水平升高 WT、Tg小鼠的Sham亞組之間Bcl-2/Bax比值的差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(1.0±0.1比1.0±0.1,P>0.05,n=4)。與WT、Tg小鼠組的Sham亞組相比,對(duì)應(yīng)的I/R亞組Bcl-2/Bax比值分別增加了73.1%、259.0%(P<0.01)。與WT小鼠I/R亞組相比,Tg小鼠I/R亞組Bcl-2/Bax比值升高了103.1%(P<0.01)。見圖3。

圖3 4個(gè)亞組間小鼠心肌Bcl-2/Bax比值比較

3 討論

冠脈血管阻塞后,其負(fù)責(zé)供血的心肌區(qū)域被稱為缺血風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。無血流時(shí)間達(dá)到一定長(zhǎng)度,缺血風(fēng)險(xiǎn)區(qū)會(huì)出現(xiàn)壞死、凋亡,表現(xiàn)為心肌梗死、心功能下降。及早恢復(fù)血液灌注是挽救缺血心肌重要的治療手段[7]。然而,大量臨床資料和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明,I/R損傷可能進(jìn)一步擴(kuò)大心肌梗死面積、損害心功能，甚至導(dǎo)致心律失常[8]。因此,如何減輕心肌I/R損傷,是一個(gè)嚴(yán)峻且亟待解決的臨床問題。在本實(shí)驗(yàn)中,我們發(fā)現(xiàn)HSPA12B過表達(dá)的Tg小鼠經(jīng)歷I/R損傷后呈現(xiàn)的心肌梗死面積較WT鼠減少了50%以上。結(jié)果提示,HSPA12B能顯著減輕心肌I/R損傷,具有心臟保護(hù)作用。

心肌I/R損傷與心肌梗死的病理表現(xiàn)并不完全相同,前者表現(xiàn)為凋亡相關(guān)的介質(zhì)增多(激活的caspase-3和細(xì)胞色素c),后者則表現(xiàn)為更加明顯的炎癥反應(yīng),血漿促炎因子白細(xì)胞介素6水平增高以及中性粒細(xì)胞在梗死相關(guān)區(qū)域滲透聚集。據(jù)此認(rèn)為I/R主要與凋亡相關(guān)[9]。細(xì)胞凋亡主要通過三種方式進(jìn)行,外源性死亡受體途徑、內(nèi)源性線粒體途徑和內(nèi)源性內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑[10]。在內(nèi)源性線粒體途徑中,Bax和Bcl-2參與細(xì)胞色素c的調(diào)釋放節(jié),其中前凋亡蛋白Bax促進(jìn)(抗凋亡蛋白Bcl-2抑制)細(xì)胞色素c的釋放,形成凋亡體,激活下游的caspase-3,最終導(dǎo)致凋亡的產(chǎn)生[11-12]。因此,有學(xué)者提出Bcl-2/Bax決定了細(xì)胞的命運(yùn)[13]。我們?cè)?jīng)報(bào)道,高表達(dá)HSPA12B可以減輕腦I/R損傷后的神經(jīng)元凋亡[3]。在本實(shí)驗(yàn)中,我們發(fā)現(xiàn)在心臟經(jīng)歷I/R損傷后,Tg鼠的Bcl-2/Bax比值比WT鼠升高了1倍。據(jù)此,我們推測(cè),過表達(dá)HSPA12B增加了I/R損傷后Bcl-2/Bax的比值,發(fā)揮了抑制凋亡的作用,增加心肌細(xì)胞生存機(jī)會(huì),從而保護(hù)心肌,減輕I/R損傷。

此外,HSPA12B還具有改善內(nèi)皮細(xì)胞通透性[14]和下調(diào)炎癥粘附因子及炎癥因子的作用[15],而氧化應(yīng)激引起的炎癥級(jí)聯(lián)放大反應(yīng)則是心臟I/R損傷另外一種重要的機(jī)制[9]。在下一步研究中,我們將會(huì)繼續(xù)探索HSPA12B在心臟I/R損傷中是否具有調(diào)節(jié)血管通透性及炎癥反應(yīng)的生物學(xué)作用。

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Protective effects of heat shock protein A12B on myocardial ischemia/reperfusion injury in mice

DAILe-yang,KONGQiu-yue,LINan,DINGZheng-nian.
DepartmentofAnesthesiology,theFirstAffiliatedHospitalofNanjingMedicalUniversity,Nanjing210029,China

Objective To investigate the effect of heat shock protein A12B(HSPA12B) on myocardial ischemia/reperfusion injury in mice. Methods Male littermates of transgenic mice (Tg) with over expression of HSPA12B and wild type (WT) mice as the control aged 8-10 weeks were enrolled in the experiments. The mice were randomly devided into sham operation group and myocardial ischemia/reperfusion (I/R) injury group.The mice in I/R group

the intervention that left anterior descending (LAD) coronary artery was legated for 45 min (ischemia) and then the blood flow was restored for 4 h (reperfusion). The mRNA level of HSPA12B was measured by real time-PCR; the myocardial infarction size was determined by TTC staining; And the expression of Bcl-2 and Bax were detected by immunoblot. Results I/R injury could induce the increase of the mRNA level of HSPA12B in WT mice. After I/R injury, the infarction area of Tg mice was smaller than that of WT mice, and the myocardial anti-apoptosis ability (the ratio of Bcl-2/Bax) of Tg mice was better than that of WT mice. Conclusions The over expression of HSPA12B can protect heart from I/R injury in mice through reducing the cell apoptosis and might be the potential target to the intervention of myocardial I/R injury.

heat shock protein; myocardial ischemia/reperfusion injury; apoptosis

210029江蘇省南京市，南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院麻醉科

丁正年，Email：zhengnianding@njmu.edu.cn

R 542.2

A

10.3969/j.issn.1003-9198.2017.08.008

2016-11-08)