太子參多糖對缺血再灌注損傷模型大鼠心肌細(xì)胞凋亡的抑制作用研究

孫弼 宛蕾 林曉堅(jiān) 張艷 何迅 廖尚高

摘 要 目的：研究太子參多糖對心肌缺血再灌注損傷模型大鼠心肌細(xì)胞凋亡的抑制作用，并探討其作用機(jī)制。方法：取SD大鼠72只，隨機(jī)分為假手術(shù)組、模型組、陽性藥物組（硝苯地平片，5 mg/kg）和太子參多糖低、中、高劑量組（7.5、15、30 g/kg），每組12只。假手術(shù)組和模型組大鼠均灌胃水，其余組大鼠分別灌胃相應(yīng)藥物7 d后，全部大鼠以結(jié)扎左冠狀動(dòng)脈前降支使心肌缺血30 min后再灌注120 min的方法建立缺血再灌注損傷模型（其中僅假手術(shù)組大鼠穿線但不結(jié)扎）。采用蘇木精-伊紅染色法，在顯微鏡下觀察大鼠心肌組織病理學(xué)變化；采用TUNEL法檢測大鼠心肌細(xì)胞凋亡情況；采用Western Blot法檢測心肌組織中Bax、Bcl-2和胱天蛋白酶3（Caspase-3）蛋白表達(dá)水平。結(jié)果：與模型組比較，太子參多糖各劑量組大鼠心肌組織的病理學(xué)變化程度明顯減輕，心肌細(xì)胞凋亡數(shù)量明顯減少；太子參多糖各劑量組大鼠心肌組織中Bax蛋白表達(dá)水平以及Bax/Bcl-2蛋白表達(dá)水平比值均顯著降低，低、中劑量組Caspase-3蛋白表達(dá)水平均顯著降低，高劑量組Bcl-2蛋白表達(dá)水平顯著升高，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05或P<0.01）。結(jié)論：太子參多糖能顯著減輕心肌缺血再灌注損傷模型大鼠的心肌組織損傷，并抑制心肌細(xì)胞凋亡，該作用可能是通過下調(diào)促凋亡相關(guān)蛋白Bax、Caspase-3和上調(diào)抑凋亡相關(guān)蛋白Bcl-2的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)的。

關(guān)鍵詞 太子參；多糖；大鼠；缺血再灌注損傷；心肌細(xì)胞；凋亡；Bax；Bcl-2；Caspase-3

中圖分類號(hào) R965；R258 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號(hào) 1001-0408（2018）16-2175-05

ABSTRACT OBJECTIVE： To study the inhibitory effects of Pseudostellaria heterophylla polysaccharide on myocardial apoptosis of ischemia-reperfusion injury （IRI） model rats， and to investigate its mechanism. METHODS： Totally 72 SD rats were selected and randomly divided into sham operation group， model group， positive drug group （Nifedipine tablets， 5 mg/kg） and P. heterophylla polysaccharide high-dose， medium-dose and low-dose groups （7.5， 15， 30 g/kg）， with 12 rats in each group. Sham operation group and model group were given water intragastrically， and other groups were given relevant medicine intragastrically for 7 d. The IRI model was established by ligating the anterior descending branch of left coronary artery， reperfusing 120 min after 30 min of myocardial ischemia （not occluded only in sham operation group）. HE staining was used to observe the pathological changes of myocardium in rats under microscope. Myocardial apoptosis was detected by TUNEL method. The protein expression levels of Bax， Bcl-2 and Caspase-3 in myocardial tissue were detected by Western blot method. RESULTS： Compared with model group， pathological changes of myocardial tissue were relieved significantly in P. heterophylla polysaccharide groups， while the number of myocardial cell apoptosis was decreased significantly. The protein expression levels of Bax， the protein expression ratio of Bax and Bcl-2 in myocardial tissue were decreased significantly in P. heterophylla polysaccharide groups； those of Caspase-3 in P. heterophylla polysaccharide low-dose and medium-dose groups were decreased significantly； those of Bcl-2 were increased significantly in P. heterophylla polysaccharide high-dose group， with statistical significance（P<0.05）. CONCLUSIONS： P. heterophylla polysaccharide can significantly relieve myocardial tissue injury and inhibit myocardial apoptosis in IRI model rats. Its mechanism may be associated with reducing proapoptotic protein Bax and Caspase-3 and raising apoptotic protein Bcl-2 expression.

KEYWORDS Pseudostellaria heterophylla； Polysaccharide； Rat； Ischemia-reperfusion injury； Cardiomyocyte； Apoptosis； Bax； Bcl-2； Caspase-3

在多數(shù)情況下，缺血后再灌注可使組織器官功能得以恢復(fù)，其損傷結(jié)構(gòu)得到修復(fù)；但在有些情況下，缺血后再灌注不僅不能使組織器官功能恢復(fù)，反而會(huì)加重組織器官的功能障礙和結(jié)構(gòu)損傷，這種現(xiàn)象稱為缺血再灌注損傷（IRI）[1]。近年來研究表明，氧化應(yīng)激、心肌缺血缺氧、再灌注損傷等不僅會(huì)引起心肌細(xì)胞壞死，還可誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡[2]，而心肌細(xì)胞凋亡將直接影響心肌組織損傷程度[3]。細(xì)胞凋亡是受一系列程序控制并通過信號(hào)通路介導(dǎo)的病理過程，阻斷其信號(hào)通路將有助于阻斷凋亡的發(fā)生，防止心肌細(xì)胞數(shù)量的減少，達(dá)到維持或改善心功能的目的[4]。

太子參為石竹科植物孩兒參[Pseudostellaria heterophylla（Miq.） Pax ex Pax et Hoffm.]的干燥塊根，具有抗應(yīng)激、抗疲勞及改善心肌梗死所致慢性心力衰竭等藥理活性[5]，但其機(jī)制是否涉及細(xì)胞凋亡過程尚未見報(bào)道。有研究表明，太子參多糖對大鼠心肌缺血具有保護(hù)作用，可預(yù)防心律失常、促進(jìn)氧自由基清除、減少心肌損傷[6]，但未見關(guān)于其抗心肌缺血再灌注損傷作用的報(bào)道?；诖?，筆者研究了太子參多糖對缺血再灌注損傷模型大鼠心肌細(xì)胞凋亡的影響，旨在探討其對心肌細(xì)胞凋亡的抑制作用及其可能的作用機(jī)制，為其進(jìn)一步開發(fā)和臨床應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料

1.1 儀器

HX-300S型動(dòng)物呼吸機(jī)、BL-420S生物機(jī)能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（成都泰盟科技有限公司）；5810R型高速冷凍離心機(jī)（德國Eppendorf公司）；1645050型電泳儀、ChemiDoc XRS+型化學(xué)發(fā)光成像系統(tǒng)（美國伯樂生命醫(yī)學(xué)產(chǎn)品有限公司）；2135型石蠟切片機(jī)（德國Leica公司）；SynergyHTX型酶標(biāo)儀（美國BioTek儀器有限公司）；TS-8型搖床（江蘇海門其林貝爾儀器制造有限公司）；U-LH100HG型光學(xué)顯微鏡（日本奧林巴斯株式會(huì)社）。

1.2 藥材、藥品與試劑

太子參多糖浸膏[由貴州醫(yī)科大學(xué)國家苗藥工程技術(shù)中心/教育部民族藥與中藥開發(fā)應(yīng)用工程研究中心提供：取貴州省黃平縣太子參種植基地的太子參藥材，經(jīng)水提取后過D101大孔樹脂，以水洗脫后再經(jīng)70%～80%乙醇沉淀并除蛋白，制得多糖浸膏（每1 kg生藥含122.9 g多糖）]；硝苯地平片（北京太洋藥業(yè)股份有限公司，批號(hào)：100908，規(guī)格：10 mg）；TUNEL原位檢測試劑盒（江蘇凱基生物技術(shù)股份有限公司，批號(hào)：KGA7022-B）；BCA蛋白濃度測定試劑盒、十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰氨（SDS-PAGE）凝膠制備試劑盒（北京索萊寶科技有限公司，批號(hào)：20170815、20170830）；β-肌動(dòng)蛋白（β-actin）抗體（北京博奧森生物技術(shù)有限公司，批號(hào)：AG07197903）；Bax抗體（美國Proteintech公司，批號(hào)：50599-2-1g）；Bcl-2抗體（美國Bioworld公司，批號(hào)：CC893300）；胱天蛋白酶3（Caspase-3）抗體（美國Cell Signaling公司，批號(hào)：18）；辣根過氧化物酶（HRP）標(biāo)記山羊抗兔免疫球蛋白G（IgG）（中杉金橋生物技術(shù)有限公司，批號(hào)：ZB-2301）；RIPA裂解液（上海碧云天生物技術(shù)有限公司，批號(hào)：P0013B）；磷酸鹽緩沖液（PBS）為本教研室自制（pH 7.4）；其余試劑均為市售分析純，實(shí)驗(yàn)用水為雙蒸水。

1.3 動(dòng)物

SPF級(jí)健康SD大鼠，7周齡，體質(zhì)量220～260 g，雌雄各半，購自重慶騰鑫生物技術(shù)有限公司，動(dòng)物許可證號(hào)：SCXK（軍）2012-0011。大鼠均適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2 方法

2.1 動(dòng)物分組、給藥及造模

參照文獻(xiàn)[7]，取大鼠72只，按體質(zhì)量隨機(jī)分為6組，分別為假手術(shù)組、模型組、陽性藥物組（硝苯地平片，5 mg/kg）和太子參多糖低、中、高劑量組（7.5、15、30 g/kg），每組12只，雌雄各半。每天在上午固定時(shí)間，按體質(zhì)量灌胃0.1 mL/kg（陽性藥物組和太子參多糖各劑量組大鼠按照預(yù)設(shè)劑量將硝苯地平片或太子參多糖浸膏溶于水后灌胃，假手術(shù)組和模型組大鼠則灌胃相應(yīng)體積的水），qd，連續(xù)給藥7 d。

參照文獻(xiàn)[8]建立模型：在第7天給藥30 min后，大鼠經(jīng)10%水合氯醛（0.04 mL/kg）腹腔注射進(jìn)行麻醉，固定于手術(shù)板上，去除頸部和胸部毛發(fā)并消毒；于頸部正中作切口，鈍性分離暴露氣管，沿向心方向剪一切口，插入氣管插管，連接動(dòng)物呼吸機(jī)；將生物機(jī)能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)電極分別插入對應(yīng)四肢皮下，記錄標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ?qū)?lián)心電圖；隨后沿胸部左側(cè)切口，撐開胸骨左緣第3～4 肋間肌，暴露心臟后，輕輕撕開心包膜，沿左心耳下緣 1～2 mm處以5/0絲線穿線結(jié)扎左冠狀動(dòng)脈前降支（深度約1～2 mm，寬度約3～4 mm），以結(jié)扎線以下心肌顏色變暗且心電圖ST段抬高作為心肌缺血標(biāo)志；結(jié)扎后迅速將心臟送回胸腔，關(guān)閉胸腔并縫合。假手術(shù)組大鼠僅穿線但不結(jié)扎，其余手術(shù)步驟相同。結(jié)扎30 min后，再次打開大鼠胸腔，小心剪開結(jié)扎線以恢復(fù)冠脈血流，待心跳穩(wěn)定5 min后，關(guān)閉胸腔，擠出胸內(nèi)氣體，逐層縫合胸腔，再灌注120 min。全程記錄大鼠心電圖。

缺血再灌注完畢后，打開大鼠胸腔，取出心臟，以生理鹽水洗凈，于10%中性甲醛中固定或于-80 ℃冰箱保存，供后續(xù)實(shí)驗(yàn)使用。

2.2 心肌組織病理學(xué)觀察

取經(jīng)10%中性甲醛固定的心肌組織，常規(guī)石蠟包埋，切片（厚度4 μm），二甲苯脫蠟，經(jīng)各級(jí)乙醇至水洗后，經(jīng)蘇木精-伊紅（HE）染色，再常規(guī)脫水、透明、樹脂封片，于顯微鏡下觀察心肌組織病理學(xué)變化。

2.3 心肌細(xì)胞凋亡檢測

采用TUNEL法檢測心肌細(xì)胞凋亡情況。按照試劑盒說明書，取經(jīng)10%中性甲醛固定的心肌組織，以石蠟包埋切片后，在末端脫氧核苷轉(zhuǎn)移酶（TdT酶）催化下加入熒光素標(biāo)記的三磷酸脫氧尿苷（dUTP）。在顯微鏡下觀察細(xì)胞凋亡情況，正常細(xì)胞呈藍(lán)色，凋亡細(xì)胞呈棕色。

2.4 心肌組織中Bax、Bcl-2、Caspase-3蛋白表達(dá)水平測定

采用Western Blot法測定Bax、Bcl-2、Caspase-3蛋白表達(dá)水平。每組取5只大鼠心尖部分的少量組織，剪成小塊，加入預(yù)冷的RIPA裂解液，在冰盒中快速研磨制成組織勻漿，于4 ℃低溫條件下以12 000 r/min離心5 min。取上清液，按照BCA蛋白濃度測定試劑盒說明書操作進(jìn)行反應(yīng)后，采用酶標(biāo)儀于562 nm波長處測定吸光度，計(jì)算蛋白含量，再加入適量SDS上樣緩沖液制成含心肌組織蛋白總量為30 μg的樣品，煮沸變性。取變性預(yù)處理后的蛋白樣品以15% SDS-PAGE凝膠電泳分離，轉(zhuǎn)膜，室溫下以5%脫脂奶粉置于搖床上封閉1 h；然后加入稀釋后的一抗[β-actin（1 ∶ 5 000）、Bax（1 ∶ 5 000）、Bcl-2（1 ∶ 1 000）、Caspase-3（1 ∶ 1 000）]，4 ℃冰箱孵育過夜；次日以TBST緩沖液漂洗后，加入相應(yīng)的二抗（1 ∶ 5 000），室溫下置于搖床上孵育1 h后，采用超敏電化學(xué)發(fā)光（ECL）液進(jìn)行曝光。以β-actin作為內(nèi)參，用Image Lab 4.0軟件分析相應(yīng)蛋白條帶與內(nèi)參的相對灰度值，以表示蛋白表達(dá)水平。

2.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)量資料以x±s表示，采用單因素方差分析。方差齊時(shí)，采用LSD檢驗(yàn)；方差不齊時(shí)，采用Dunnetts t檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 結(jié)果

3.1 各組大鼠心肌組織病理學(xué)觀察結(jié)果

假手術(shù)組大鼠心肌細(xì)胞形態(tài)分布規(guī)則、排列整齊，細(xì)胞結(jié)構(gòu)清晰、著色均勻，未見病變跡象。模型組大鼠心肌細(xì)胞排列紊亂，部分區(qū)域變性壞死，細(xì)胞腫脹破裂，部分核固縮、消失，可見部分空泡變性，心肌間質(zhì)水腫、可見紅細(xì)胞。與模型組比較，陽性藥物組和太子參多糖各劑量組大鼠有少量心肌細(xì)胞排列紊亂，組織纖維著色相對清晰，區(qū)域性變性壞死情況有所減輕，腫脹細(xì)胞有所減少，可見少部分核固縮，空泡變性和間質(zhì)水腫情況均有所減輕，間質(zhì)中紅細(xì)胞明顯減少，其中尤以陽性藥物組和太子參多糖高劑量組效果更明顯。各組大鼠心肌組織病理學(xué)顯微圖見圖1。

3.2 各組大鼠心肌細(xì)胞凋亡情況檢測結(jié)果

假手術(shù)組大鼠心肌組織以藍(lán)色正常細(xì)胞為主，僅可見個(gè)別棕色凋亡細(xì)胞。模型組大鼠心肌組織中棕色凋亡細(xì)胞數(shù)量明顯增多。與模型組比較，陽性藥物組和太子參多糖各劑量組大鼠心肌組織中凋亡細(xì)胞數(shù)量均有所減少。各組大鼠心肌細(xì)胞凋亡情況顯微圖見圖2（圖中粗箭頭所指為藍(lán)色正常細(xì)胞，細(xì)箭頭所指為棕色凋亡細(xì)胞）。

3.3 各組大鼠心肌組織中Bax、Bcl-2、Caspase-3蛋白表達(dá)水平測定結(jié)果

與假手術(shù)組比較，模型組大鼠心肌組織中Bax、Caspase-3蛋白表達(dá)水平以及Bax/Bcl-2蛋白表達(dá)水平比值均顯著升高，Bcl-2蛋白表達(dá)水平顯著降低，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。與模型組比較，陽性藥物組和太子參多糖各劑量組大鼠心肌組織中Bax蛋白表達(dá)水平以及Bax/Bcl-2蛋白表達(dá)水平比值均顯著降低，陽性藥物組和太子參多糖低、中劑量組Caspase-3蛋白表達(dá)水平均顯著降低，陽性藥物組和太子參多糖高劑量組Bcl-2蛋白表達(dá)水平均顯著升高，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05或P<0.01）；但太子參多糖高劑量組Caspase-3蛋白表達(dá)水平以及低、中劑量組Bcl-2蛋白表達(dá)水平變化的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。各組大鼠心肌組織中Bax、Bcl-2、Caspase-3蛋白電泳圖見圖3，蛋白表達(dá)水平比較見表1。

4 討論

太子參有益氣健脾、生津潤肺之功效，臨床上可單獨(dú)使用或與其他中藥配伍使用，或用于成方制劑[9]。沈祥春等[7]研究發(fā)現(xiàn)，太子參水煎液能改善大鼠急性心肌梗死后的慢性損傷、心力衰竭后的血流動(dòng)力學(xué)及冠脈結(jié)扎所誘導(dǎo)的心力衰竭，能防治梗死后慢性心力衰竭和心肌重構(gòu)。多糖作為所有生命有機(jī)體的重要組成部分，參與多種生命功能活動(dòng)，其作用主要有增強(qiáng)免疫、抗疲勞、活血抗栓、降血壓、降血脂、降血糖、抗衰老、增強(qiáng)骨髓造血功能、抗輻射等[10]。現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，多糖是太子參的重要活性成分，具有降糖、降脂等作用[11]。

本研究通過對大鼠心肌組織進(jìn)行HE染色并在顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，與假手術(shù)組比較，模型組大鼠心肌細(xì)胞呈現(xiàn)出排列紊亂，組織變性壞死、腫脹，細(xì)胞核固縮，間質(zhì)水腫等組織病理學(xué)改變；而與模型組比較，陽性藥物組和太子參多糖各劑量組大鼠上述組織病理學(xué)改變明顯減輕，尤以陽性藥物組和太子參多糖高劑量組效果更明顯。由此表明，太子參多糖對大鼠心肌組織具有明顯的保護(hù)作用，能夠減輕缺血再灌注后的心肌組織損傷。

近年來研究發(fā)現(xiàn)，心肌缺血再灌注損傷與細(xì)胞凋亡之間有著密切的關(guān)系，后者在心臟的生理、病理發(fā)展過程中起著重要作用，被認(rèn)為是心臟由代償性變化向病理性變化發(fā)展的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)[12]。已有研究證實(shí)，心肌細(xì)胞凋亡在心肌缺血再灌注損傷過程中起關(guān)鍵作用[13]。細(xì)胞凋亡受細(xì)胞內(nèi)凋亡調(diào)節(jié)蛋白的調(diào)控，這類蛋白分為促凋亡蛋白和抗凋亡蛋白兩大類，這兩類相互拮抗的蛋白之間的平衡喪失將導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[14]。Bcl-2基因家族是細(xì)胞凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中具有重要作用的基因家族，其中Bcl-2、Bax分別是該家族中最具代表性的一對功能相對獨(dú)立的抑凋亡和促凋亡基因[15]。其編碼蛋白Bax/Bcl-2是調(diào)控細(xì)胞凋亡的“可變電阻器”，在外界因素刺激下，細(xì)胞存活/凋亡最終取決于Bax和Bcl-2兩種調(diào)控因子的平衡結(jié)果，兩者比值的升高/降低標(biāo)志著細(xì)胞凋亡進(jìn)程的激活/抑制[16]。另有研究表明，胱天蛋白酶家族（Caspase）是哺乳動(dòng)物細(xì)胞凋亡的啟動(dòng)者和執(zhí)行者，其中Caspase-3是Caspase級(jí)聯(lián)“瀑布”下游中最關(guān)鍵的凋亡蛋白酶[17]。本研究結(jié)果顯示，與假手術(shù)組比較，模型組大鼠心肌細(xì)胞凋亡明顯增多，心肌組織中Bax、Caspase-3蛋白表達(dá)水平以及Bax/Bcl-2蛋白表達(dá)水平比值均顯著升高，而Bcl-2蛋白表達(dá)水平則顯著降低，表明細(xì)胞凋亡模型成功建立；而與模型組比較，陽性藥物組和太子參多糖各劑量組大鼠心肌組織中Bax蛋白表達(dá)水平以及Bax/Bcl-2蛋白表達(dá)水平比值均顯著降低，陽性藥物組和太子參多糖低、中劑量組Caspase-3蛋白表達(dá)水平均顯著降低，陽性藥物組和太子參多糖高劑量組Bcl-2蛋白表達(dá)水平均顯著升高，表明太子參多糖具有抑制心肌細(xì)胞凋亡的作用。但太子參多糖各劑量組間的效果并未呈嚴(yán)格的劑量依賴性，其具體原因有待進(jìn)一步研究探討。

綜上所述，太子參多糖對心肌缺血再灌注損傷模型大鼠的心肌組織具有保護(hù)作用，能有效減輕心肌組織損傷，其作用機(jī)制可能是通過下調(diào)Bax、Caspase-3和上調(diào)Bcl-2的蛋白表達(dá)，并降低Bax/Bcl-2蛋白表達(dá)水平比值，從而抑制細(xì)胞凋亡的發(fā)生。

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（收稿日期：2018-02-05 修回日期：2018-06-22）

（編輯：段思怡）