彭 進(jìn), 王 玉, 張 瓊, 劉江金, 李 竹, 汪家文,夏 冰, 王 杰, 樂翠云, 萬昌武
(貴州醫(yī)科大學(xué)法醫(yī)學(xué)院,貴州貴陽550004)
研究顯示,冠心?。╟oronary heart disease,CHD)的發(fā)作及心源性猝死(sudden cardiac death,SCD)的發(fā)生與粥樣斑塊結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性密切相關(guān)[1-3],但影響斑塊穩(wěn)定性變化的機(jī)制仍不明確,有研究指出炎癥反應(yīng)是影響斑塊穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素[4]。
半乳糖凝集素3(galectin-3)屬于凝集素家族的一員[5],主要由活化的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生和分泌,在正常組織中呈現(xiàn)低水平表達(dá)[6-10],而在病理狀態(tài)下,其表達(dá)水平顯著升高[11]。研究顯示,galectin-3能促進(jìn)動脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)的形成和發(fā)展,并與心肌缺血的嚴(yán)重性相關(guān)[12-14]。動物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了在小鼠的 AS 斑塊中檢測到高表達(dá)的 galectin-3[15-16],提示galectin-3可能作為一個新的炎癥標(biāo)志物,參與促進(jìn)CHD的發(fā)生和發(fā)展。
然而,目前國內(nèi)外從人體冠狀動脈組織層面直接檢測galectin-3及其相關(guān)因子表達(dá)水平的研究鮮見報(bào)道。本研究采用尸檢案例中的冠脈標(biāo)本為研究對象,直接檢測冠狀動脈粥樣斑塊內(nèi)galectin-3的表達(dá)水平,探討其表達(dá)變化與AS病灶內(nèi)炎癥反應(yīng)水平和斑塊穩(wěn)定性及與SCD的關(guān)系。
選取貴州醫(yī)科大學(xué)法醫(yī)司法鑒定中心2014年1月~2018年12月尸檢案例的冠狀動脈組織標(biāo)本,并獲得貴州醫(yī)科大學(xué)倫理審查委員會認(rèn)可(審批號為201801),根據(jù)是否伴有血栓形成、斑塊破裂、斑塊內(nèi)出血等繼發(fā)病變及死亡原因是否為冠心病猝死,分為3組:A1組,有冠狀動脈粥樣硬化但非冠心病猝死者,22例;A2組,冠心病猝死但無上述繼發(fā)病變者,20例;A3組,冠心病猝死且伴有上述任一種繼發(fā)病變者,24例。選取同期尸檢及組織學(xué)檢驗(yàn)證實(shí)冠狀動脈無病變且非心源性疾病死亡者18例作為對照(control)組。
病變組案例納入標(biāo)準(zhǔn):(1)經(jīng)解剖的尸體在死亡后48 h內(nèi)尸檢或死后6 h內(nèi)冰凍保存;(2)經(jīng)肉眼及組織學(xué)檢驗(yàn)證實(shí)存在AS者,即冠狀動脈管壁內(nèi)膜增厚、管腔變窄,增厚的冠脈內(nèi)膜見粥樣斑塊形成,存在或不存在繼發(fā)病變形成,合并心肌纖維化和心肌梗死等任一病變;(3)系統(tǒng)尸檢及常規(guī)毒物檢測排除暴力致死、中毒死亡及其他疾病致死可能者。對照組案例納入標(biāo)準(zhǔn):(1)對照組為實(shí)驗(yàn)組同期尸檢經(jīng)肉眼及組織學(xué)檢驗(yàn)證實(shí)無冠狀動脈病變者;(2)死亡原因明確為機(jī)械性暴力致死或機(jī)械性窒息者。案例排除標(biāo)準(zhǔn):(1)組織自溶或結(jié)構(gòu)不清;(2)患有風(fēng)濕性心臟病、心肌病和心肌炎等心臟病者;(3)多發(fā)全身炎癥性感染或多器官功能障礙者。
按照納排標(biāo)準(zhǔn),統(tǒng)一選取無任何病變的冠狀動脈左前降支作為對照組,病變組標(biāo)本選取肉眼所見冠脈狹窄程度最嚴(yán)重處,所選組織采用4%甲醛固定,部分組織置于-80℃冰箱凍存供蛋白測定及mRNA檢測。
鼠抗CD68單克隆抗體(GeneTex);兔抗galectin-3單克隆抗體和兔抗基質(zhì)金屬蛋白酶2(matrix metalloproteinase-2,MMP-2)多克隆抗體(Abcam);PV-9000兔/鼠超敏二步法免疫組織化學(xué)檢測試劑盒(中杉金橋公司);羊抗鼠/兔IgG(H+L)購自北京索萊寶科技有限公司;RevertAidTM第1鏈cDNA合成試劑盒(Thermo Fisher)。
光學(xué)顯微鏡(Olympus);NanoDrop 2000型超微量紫外分光光度計(jì)(Thermo Fisher);凝膠成像系統(tǒng)(Bio-Rad);7500 Fast型實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀(Applied Biosystems)。
3.1 冠狀動脈組織結(jié)構(gòu)的觀察及測量 選取經(jīng)4%甲醛固定的冠狀動脈組織,以血管橫斷面作常規(guī)石蠟包埋,4μm切片后常規(guī)HE染色,光鏡觀察并在100倍下拍照,采用Image-Pro Plus 6.0檢測相關(guān)指標(biāo):(1)冠狀動脈內(nèi)膜厚度:血管內(nèi)膜(含病灶)腔緣至外側(cè)緣的距離,取最大、最小及隨機(jī)共3條測試線平均值,即為內(nèi)膜厚度;(2)纖維帽厚度:病灶表層纖維帽垂直距離,結(jié)果取3次測量平均值;(3)壞死灶厚度:量取病灶中從近腔面緣至近外側(cè)緣的最大垂直距離,無壞死灶者計(jì)0;(4)血管腔狹窄程度=1-橫斷面上冠狀動脈血管腔的面積/整個血管面積,取3次測量結(jié)果平均值,即為血管腔狹窄程度。
3.2 冠狀動脈組織中g(shù)alectin-3、CD68和MMP-2蛋白表達(dá)水平的檢測 采用Western blot法檢測冠狀動脈組織內(nèi)蛋白表達(dá)水平。取-80℃保存的血管組織,充分研磨勻漿,離心后取上清液,采用紫外分光光度計(jì)測量蛋白濃度,行12%SDS-PAGE,轉(zhuǎn)膜至PVDF膜,5%脫脂牛奶封閉2 h后洗膜,根據(jù)目標(biāo)蛋白分子大小,分別加入Ⅰ抗(galectin-3,1∶5 000;CD68和MMP-2,1∶1 000;β-actin,1∶2 000)于4℃孵育過夜,洗膜后加辣根過氧化物酶(horseradish peroxidase,HRP)標(biāo)記的Ⅱ抗(羊抗兔IgG,1∶10 000)室溫孵育1 h,滴加增強(qiáng)化學(xué)發(fā)光(ECL)液于化學(xué)發(fā)光成像系統(tǒng)上顯色。以β-actin為內(nèi)參照,利用ImageJ軟件分析測量條帶灰度值,以3次測量的均值作為測定結(jié)果。
3.3 冠狀動脈病灶內(nèi)galectin-3、CD68和MMP-2的表達(dá)與分布觀測 采用免疫組織化學(xué)法檢測冠狀動脈病灶內(nèi)的蛋白表達(dá)與分布。經(jīng)4%甲醛固定后的血管,行常規(guī)石蠟包埋,4μm切片,脫蠟,水合。滴加3%H2O2于37℃孵育10 min封閉內(nèi)源性過氧化物酶,高壓熱修復(fù)抗原 3 min,加Ⅰ抗(galectin-3,1∶200;CD68,1∶150;MMP-2,1∶250),陰性對照選用PBS緩沖液,于4℃孵育過夜。次日加入HRP標(biāo)記Ⅱ抗(羊抗兔IgG,1∶10 000),37℃恒溫孵育50 min后DAB顯色,蘇木素復(fù)染,二甲苯透明,中性樹膠封片。顯微鏡下計(jì)數(shù)CD68標(biāo)記的單核巨噬細(xì)胞,于400倍鏡下選取3個視野拍照,Image-Pro Plus 6.0軟件測量平均吸光度(即陽性表達(dá)吸光度值/測量總面積)。結(jié)果為重復(fù)測量3次平均值。
3.4 冠狀動脈組織內(nèi)galectin-3、CD68和MMP-2 mRNA表達(dá)水平檢測 選取-80℃保存的冠脈組織,采用Trizol法提取總RNA,紫外分光光度計(jì)測定RNA濃度,經(jīng)RevertAidTM逆轉(zhuǎn)錄試劑盒逆轉(zhuǎn)錄為cDNA后,采用SYBR?Select Master Mix試劑和相應(yīng)的引物配制成反應(yīng)體系,采用7500 Fast實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀測量Ct值,并計(jì)算目的基因的轉(zhuǎn)錄水平。PCR 條件為:50℃ 2 min;95℃ 2 min;95℃ 30 s,60℃ 30 s,72℃ 1 min,40個循環(huán)。解離曲線條件為:95℃ 15 s,60℃ 1 min,95℃ 15 s。實(shí)驗(yàn)所需的引物遵循引物設(shè)計(jì)原則,由上海生物工程有限公司合成,序列見表1。
采用用SPSS 22.0軟件對所得數(shù)據(jù)分析處理。計(jì)量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示,多組間均數(shù)比較采用單因素方差分析;計(jì)數(shù)資料兩組間比較用卡方檢驗(yàn);相關(guān)性分析采用Pearson相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
表1 RT-qPCR引物序列Table 1.The primer sequences for RT-qPCR
按照納排標(biāo)準(zhǔn)收集到病變組冠狀動脈標(biāo)本66例,其中男性33例,女性33例;年齡在30~83歲之間,平均年齡為(53.6±13.7)歲。收集到正常組共計(jì)18例,其中男性10例,女性8例,年齡在16~50歲之間,平均年齡(31.9±9.6)歲。比較各組間基線資料,組間性別差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;組間年齡間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見表2。
表2 案例基線資料Table 2.Baseline information for the cases
鏡下可見正常組冠狀動脈內(nèi)膜壁薄而光滑,內(nèi)、中、外膜厚度均勻一致;A1組中有纖維帽形成,纖維帽下見數(shù)量不等的泡沫細(xì)胞,血管腔輕度狹窄;A2組中內(nèi)膜厚度不均勻增厚,管腔不同程度狹窄,內(nèi)膜下見典型纖維帽,部分案例纖維帽下見粥樣壞死物,中膜可因斑塊壓迫、平滑肌萎縮等受壓變薄,外膜變化不明顯;A3組血管內(nèi)膜厚度、壞死灶厚度較A2組增厚,出現(xiàn)典型粥樣壞死灶,壞死灶周邊殘留數(shù)量不等的泡沫細(xì)胞等炎細(xì)胞,壞死灶內(nèi)可見斑塊內(nèi)出血、斑塊破裂等繼發(fā)病變形成,中膜顯著受壓變薄,由于上述病變的加重,致管腔多呈偏心性狹窄,見圖1。
Figure 1.Microscopic changes of coronary artery(HE staining).A:control group;B :atherosclerosis group,A1 group;C :sudden death of coronary heart disease without secondary lesions,A2 group;D:sudden death of coronary heart disease with grade IV stenosis of vascular lumen,A3 group.圖1 冠狀動脈結(jié)構(gòu)的鏡下變化
圖像分析顯示,病變組冠狀動脈內(nèi)膜厚度和壞死灶厚度較對照組增高,纖維帽厚度降低,管腔狹窄程度從A1至A3組依次增大(P<0.05),見表3。
表3 冠狀動脈病灶形態(tài)學(xué)相關(guān)指標(biāo)Table 3.Comparison of morphological indexes of coronary artery lesions(Mean±SD)
對照組血管壁內(nèi)無泡沫細(xì)胞,病變各組病灶內(nèi)泡沫細(xì)胞數(shù)量從A1組至A3組逐漸增多,測量值分別為 7.89±2.03、17.58±1.79 和 28.92±2.87,且 A3組泡沫細(xì)胞數(shù)量顯著高于A2和A1組,A2組高于A1組(P<0.05)。
Western blot結(jié)果顯示,同正常組比較,病變組冠狀動脈血管組織中g(shù)alectin-3、CD68和MMP-2蛋白表達(dá)增高(P<0.05);病變組間蛋白水平比較,A2組蛋白表達(dá)高于A1組,A3組蛋白表達(dá)高于A2組(P<0.05),見圖2。
Figure 2.The protein expression of MMP-2,CD68 and galectin-3 in coronary artery.Mean±SD.n=8.*P<0.05 vs control group;#P<0.05 vs A1 group;△P<0.05 vs A2 group.圖2 冠狀動脈組織內(nèi)MMP-2、CD68和galectin-3的蛋白表達(dá)
免疫組織化學(xué)結(jié)果顯示,正常組冠狀動脈內(nèi)膜偶見galectin-3的弱陽性表達(dá)于內(nèi)膜下近基底膜處,病變組中g(shù)alectin-3蛋白在冠狀動脈粥樣硬化病灶周圍及基底部炎癥細(xì)胞胞核及胞質(zhì)中見顆粒狀、點(diǎn)片狀棕黃色著色,且病變組galectin-3蛋白較正常組增高(P<0.05),其中,A3組中蛋白表達(dá)高于A1和A2組,A2組蛋白表達(dá)高于A1組(P<0.05),見圖3、表4。
正常組中未見CD68和MMP-2蛋白的表達(dá),病變組中,CD68蛋白主要表達(dá)在病灶肩區(qū)及內(nèi)皮下的泡沫細(xì)胞胞質(zhì),胞核也有少量表達(dá),呈棕黃色著色,且隨著病程的進(jìn)展,棕黃色逐漸加深,即CD68蛋白陽性表達(dá)逐漸增強(qiáng)(P<0.05);MMP-2蛋白主要表達(dá)在病灶兩肩區(qū)及基底部的細(xì)胞外基質(zhì),陽性表達(dá)較正常組增強(qiáng)(P<0.05),但A2組與A1組間MMP-2蛋白表達(dá)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見圖3、表4。
Figure 3.The expression level of MMP-2,CD68 and galectin-3 in coronary atherosclerotic lesions(IHC staining).The scale bar=50μm.圖3 AS病灶內(nèi)MMP-2、CD68和galectin-3蛋白表達(dá)分布
表4 AS病灶內(nèi)CD68、MMP-2和galectin-3的平均吸光度值Table 4.Mean absorbance of CD68,MMP-2 and galectin-3 proteins in coronary artery lesions(Mean±SD)
將病變組內(nèi)galectin-3、CD68和MMP-2蛋白表達(dá)兩兩做相關(guān)性分析。結(jié)果顯示,病變組內(nèi)galectin-3與CD68蛋白表達(dá)呈顯著正相關(guān)(r=0.717,P=0.000),galectin-3與MMP2蛋白表達(dá)呈顯著正相關(guān)(r=0.695,P=0.000),CD68與MMP-2蛋白表達(dá)呈顯著正相關(guān)(r=0.794,P=0.000)。
RT-qPCR結(jié)果顯示,同正常組比較,病變各組MMP-2、CD68和galectin-3 mRNA表達(dá)水平升高,且A3組各因子mRNA表達(dá)水平高于A1和A2組,A2組又高于A1組(P<0.05),見圖4。
相關(guān)性分析結(jié)果顯示,病灶內(nèi)galectin-3、MMP-2和CD68蛋白水平與病灶厚度和壞死核心厚度呈正相關(guān),與纖維帽厚度呈負(fù)相關(guān)(P<0.05),見表5。
Figure 4.The mRNA expression of MMP-2,CD68 and galectin-3 in coronary artery tissues.Mean±SD.n=8.*P<0.05 vs control group;#P<0.05 vs A1 group;△P<0.05 vs A2 group.圖4 冠狀動脈組織內(nèi)MMP-2、CD68和galectin-3的mRNA表達(dá)水平
表5 病灶內(nèi)galectin-3、MMP-2和CD68蛋白表達(dá)水平與病灶結(jié)構(gòu)參數(shù)的相關(guān)性分析Table 5.Correlation analysis of protein expression level of galectin-3,MMP2-2 and CD68 and focal structure parameters
將冠心病猝死組與非猝死組中的AS病灶內(nèi)炎癥細(xì)胞總數(shù)進(jìn)行比較,猝死組病灶內(nèi)炎癥細(xì)胞數(shù)量高于非猝死組(P<0.01);將冠心病猝死組與非猝死組中的血管腔面積分?jǐn)?shù)度進(jìn)行比較,結(jié)果顯示猝死組管腔狹窄程度高于非猝死組(P<0.01),見表6。
表6 猝死組與非猝死組病灶內(nèi)炎癥細(xì)胞數(shù)量及管腔狹窄程度的分析Table 6.Analysis of the inflammatory response and the degree of stenosis in the lesions of sudden cardiac death(SCD)and non-sudden cardiac death(non-SCD)groups
動脈粥樣硬化被認(rèn)為是一種發(fā)生在血管壁的慢性炎癥反應(yīng)性疾病[4]。研究表明,多種炎癥細(xì)胞及細(xì)胞因子參與AS發(fā)生發(fā)展的病理生理過程[17-20]。單核巨噬細(xì)胞在斑塊形成和發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用,在高危因素持續(xù)存在的情況下,脂質(zhì)不斷的堆積于內(nèi)膜下,刺激包含單核細(xì)胞在內(nèi)的多種炎癥細(xì)胞及來源于中膜的平滑肌細(xì)胞不斷的積聚于內(nèi)膜下,吞噬脂質(zhì)后轉(zhuǎn)化為泡沫細(xì)胞并分泌多種活性物質(zhì),使細(xì)胞外基質(zhì)成分發(fā)生降解,最終致纖維帽的變薄,促使斑塊不穩(wěn)定性的發(fā)生。
研究表明,galectin-3主要由活化的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生,參與調(diào)節(jié)炎癥、纖維化等過程[21-22]。MacKinnon等[15]的動物研究表明,給予ApoE/galectin-3敲除大鼠高脂飲食,大鼠主動脈及其分支中動脈粥樣硬化病變形成減少,斑塊中M2型巨噬細(xì)胞的活化也降低;抑制galectin-3表達(dá)可減輕小鼠動脈粥樣硬化病變[23]。大量臨床研究也顯示,血漿galectin-3水平與心肌缺血的嚴(yán)重程度相關(guān)[12-14],Aksand等[24]的臨床試驗(yàn)也顯示,冠心病患者的血清galectin-3水平高于健康對照組,同時(shí)血清galectin-3水平與冠心病的嚴(yán)重程度呈顯著正相關(guān),提示galectin-3是與動脈粥樣硬化斑塊嚴(yán)重性和不穩(wěn)定的異常變化有關(guān)的一類生物標(biāo)記物,但在人體層面直接檢測動脈粥樣硬化斑塊內(nèi)的galectin-3表達(dá)鮮見報(bào)道。本研究在人體冠狀動脈內(nèi)直接檢測galectin-3表達(dá),結(jié)果顯示在人體正常冠狀動脈內(nèi)galectin-3低水平表達(dá)于冠脈血管內(nèi)膜近基底部,進(jìn)一步證實(shí)galectin-3低水平存在于正常的血管組織中[6-10],而隨著冠狀動脈粥樣硬化病程的進(jìn)展,galectin-3在病灶內(nèi)特別是有斑塊破裂、斑塊內(nèi)出血等繼發(fā)病變的病灶內(nèi)表達(dá)明顯增高,在上述研究結(jié)果基礎(chǔ)上進(jìn)一步提示galectin-3可能與AS斑塊的穩(wěn)定性相關(guān)。
CD68作為單核巨噬細(xì)胞的標(biāo)記性分子,其在組織內(nèi)的表達(dá)水平在一定程度上反應(yīng)了該部位的炎癥程度。動脈粥樣硬化斑塊的不穩(wěn)定性與包含單核巨噬細(xì)胞在內(nèi)的多種炎癥細(xì)胞富集等多種因素直接相關(guān)[25]。研究表明,病灶內(nèi)不穩(wěn)定性斑塊的炎癥反應(yīng)程度強(qiáng),易發(fā)生破裂、出血等病變導(dǎo)致斑塊內(nèi)纖維成分破壞、脂質(zhì)壞死核心面積增加[26]。本研究直接對冠狀動脈粥樣硬化病灶內(nèi)單核巨噬源性的泡沫細(xì)胞標(biāo)記并計(jì)數(shù),結(jié)果顯示病灶內(nèi)泡沫細(xì)胞數(shù)量增多,CD68陽性表達(dá)增強(qiáng),提示隨著病程的進(jìn)展,病灶內(nèi)炎癥反應(yīng)逐漸增強(qiáng),此與本課題組前期研究結(jié)果相一致[24]。AS病灶內(nèi)單核-巨噬細(xì)胞系統(tǒng)主要產(chǎn)生MMP-2和MMP-8等[27]。研究顯示,從穩(wěn)定性斑塊進(jìn)展到不穩(wěn)定性斑塊的過程中,血清中MMP-2的表達(dá)水平是顯著升高的[28-30]。在急性冠脈綜合征患者的血清中,MMP-2表達(dá)明顯高于穩(wěn)定性心絞痛組[31]。MMP-2在Ca2+和Zn2+幫助下,能降解包括IV型膠原等在內(nèi)的細(xì)胞外基質(zhì)(extra cellular matrix,ECM),而IV型膠原等是AS斑塊基底膜和纖維帽等的重要組成部分[32-33]。Seifert等[34]的動物實(shí)驗(yàn)也證實(shí),在ApoE-/-小鼠模型中,MMP-2和MMP-9活性在不穩(wěn)定動脈粥樣硬化斑塊中顯著高于下游更穩(wěn)定的斑塊表型。以上研究均提示,MMP-2水平的升高是AS穩(wěn)定性斑塊向不穩(wěn)定性斑塊發(fā)展的重要因素。本研究直接檢測人體冠狀動脈AS斑塊內(nèi)MMP2表達(dá),結(jié)果顯示,在AS病灶內(nèi)MMP-2表達(dá)明顯增高,這進(jìn)一步驗(yàn)證了MMP-2在不穩(wěn)定性斑塊中發(fā)揮著關(guān)鍵作用并促進(jìn)斑塊的不穩(wěn)定。
將病灶內(nèi)galectin-3與CD68蛋白表達(dá)作相關(guān)性分析顯示,galectin-3與CD68蛋白表達(dá)呈顯著正相關(guān),提示隨著冠狀動脈粥樣硬化病程的進(jìn)展,病灶內(nèi)炎癥水平增高,galectin-3的表達(dá)也隨之增高;galectin-3的表達(dá)與動脈粥樣硬化病灶厚度和壞死核心厚度呈正相關(guān),與纖維帽厚度呈負(fù)相關(guān),而MMP-2是反應(yīng)斑塊穩(wěn)定性的重要指標(biāo),galectin-3與MMP-2蛋白表達(dá)呈正相關(guān),提示galectin-3可能通過促進(jìn)病灶內(nèi)MMP2的表達(dá),使得細(xì)胞外基質(zhì)分解加強(qiáng),纖維帽變薄,加速斑塊裂隙,從而促進(jìn)病變的進(jìn)展及壞死灶的擴(kuò)大,使斑塊的穩(wěn)定性下降,促進(jìn)其破裂、出血等繼發(fā)病變的發(fā)生,更甚者導(dǎo)致猝死。
綜上所述,人冠狀動脈粥樣硬化病灶內(nèi)galectin-3表達(dá)水平隨病灶內(nèi)炎癥程度增強(qiáng)而升高,且病灶內(nèi)galectin-3水平的改變與病灶結(jié)構(gòu)變化具有相關(guān)性,因此,病灶內(nèi)galectin-3水平變化可能是影響斑塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的環(huán)節(jié)之一。