李芳芳,衛(wèi) 瑩,劉 雪,沈明花
(延邊大學(xué)醫(yī)學(xué)院,吉林 延吉 133000)
血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷及血小板的活化在血栓形成過程中起重要作用。血管內(nèi)皮細(xì)胞不僅是血液與組織間的機(jī)械屏障,而且具有內(nèi)分泌功能。它分泌的生物活性物質(zhì),如前列腺素I2、一氧化氮等在抗血小板聚集、抗凝血和纖溶方面起重要作用[1]。血小板是成熟的巨核細(xì)胞脫落下來的小塊胞質(zhì),參與機(jī)體的止血、炎癥等反應(yīng)[2-3]。血小板異?;罨c血栓形成密切相關(guān)[4]。在氧化應(yīng)激、高糖等多種誘因的作用下,血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷時繼發(fā)血小板的活化[5]。活化的血小板通過其膜表面的糖蛋白Ib與von Willebrand因子相結(jié)合,介導(dǎo)血小板的黏附和聚集,引發(fā)血栓的形成[6-7]。因此對血管內(nèi)皮細(xì)胞的保護(hù)及抗血小板活化是預(yù)防或治療血栓形成的關(guān)鍵。
榆干離褶傘(Lyophyllum ulmarium),又名大榆蘑,主要分布于我國河北、吉林等地。榆干離褶傘發(fā)酵液具有抗氧化[8]、溶血栓[9]等作用。榆干離褶傘溶栓酶(Lyophyllum ulmariumfibrinolytic enzyme,LUFE)是從榆干離褶傘菌絲體中分離純化的分子質(zhì)量為50 kDa的溶栓酶,在體外可以水解纖維蛋白及纖維蛋白原[10]。本課題組前期研究表明,LUFE對肝臟[11]、對氧化應(yīng)激所致的血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷具有保護(hù)作用[12]。鑒于血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷和血小板的活化與血栓形成關(guān)系密切,本實驗一方面通過建立大鼠頸動脈血栓模型,觀察LUFE對血管內(nèi)皮細(xì)胞及血小板活化的影響;另一方面在體外以膠原作為誘導(dǎo)劑,觀察LUFE對血小板的功能及其對磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3 kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)信號通路的影響,初步探討LUFE的抗血栓機(jī)制,為榆干離褶傘的生物學(xué)活性提供實驗依據(jù)。
80 只清潔級SD大鼠,體質(zhì)量180~220 g,雌雄各半,由延邊大學(xué)動物實驗中心提供,生產(chǎn)許可證號:SCXK(吉)2017-0003。LUFE及其粗提取物由延邊大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)研究室提供。
可溶性血栓調(diào)節(jié)蛋白(soluble thrombomodulin,sTM)、E-選擇素、組織因子(tissue factor,TF)、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor alpha,TNF-α)、白細(xì)胞介素-6(interleukin-6,IL-6)、血小板活化因子(platelet-activating factor,PAF)、P-選擇素、β-血小板球蛋白(β-thromboglobulin,β-TG)和血小板膜糖蛋白IIbIIIa(glycoprotein IIbIIIa,GPIIbIIIa)試劑盒 上海嚴(yán)謹(jǐn)生物科技有限公司;藻紅蛋白(p-phycoerythrin,PE)標(biāo)記的CD61、異硫氰酸熒光素(fluorescein isothiocyanate,F(xiàn)ITC)標(biāo)記的CD62P、FITC標(biāo)記的同型對照免疫球蛋白(immunoglobulins G,IgG)1美國B D 公司; 膠原 美國S i g m a 公司;山羊抗兔IgG抗體 納川科技公司;p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase,p38 MAPK)抗體、phospho-p38 MAPK抗體 艾博抗(上海)貿(mào)易有限公司;β-actin 美國CST公司。
酶標(biāo)儀 美國Bio Tek公司;凝膠成像分析儀 美國UVP公司;流式細(xì)胞分析儀 美國Beckman公司。
1.3.1 實驗動物分組及處理
將大鼠隨機(jī)分為5 組,即假手術(shù)組、模型組、陽性對照組、LUFE低、高劑量組,每組10 只。陽性對照組按10 mg/kgmb灌胃阿司匹林,LUFE低、高劑量組分別按100、400 mg/kgmb灌胃LUFE粗提取物,連續(xù)7 d[10-11]。假手術(shù)組和模型組灌胃等量生理鹽水。最后一次灌胃30 min后麻醉大鼠(腹腔注射戊巴比妥鈉),建立頸動脈血栓模型[13]。頸部正中切口,鈍性分離、暴露右側(cè)頸總動脈,其底下墊1 cm×1.5 cm的透明薄膜以保護(hù)周圍組織。除假手術(shù)組外的其余各組均用0.5 cm×0.5 cm浸有質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%三氯化鐵溶液的濾紙條包裹該段頸總動脈,假手術(shù)組用生理鹽水替代三氯化鐵溶液。20 min后拿下濾紙條,40 min后結(jié)扎透明薄膜兩端血管,按照薄膜長度剪下該段血管,并取出血栓,稱質(zhì)量,按下式計算血栓抑制率。
式中:m1為模型組血栓濕質(zhì)量/mg;m2為LUFE(或阿司匹林)處理組血栓濕質(zhì)量/mg。
另取病變部位血管用于蘇木精-伊紅(hematoxylin-eosin,HE)染色。大鼠心臟取血,室溫放置1 h后再置于4 ℃冰箱3 h,待凝血后以3 000 r/min離心15 min,分離血清,用于相關(guān)指標(biāo)的檢測。
1.3.2 sTM、E-選擇素、TF、TNFα、IL-6和PAF水平的測定
用酶聯(lián)免疫吸附法測定血清TNFα、IL-6、sTM、E-選擇素、TF和PAF水平,按照試劑盒說明書進(jìn)行操作。
1.3.3 血管組織形態(tài)學(xué)觀察
將取下的動脈組織置于體積分?jǐn)?shù)4%多聚甲醛溶液中固定,經(jīng)體積分?jǐn)?shù)70%~100%乙醇逐步脫水,透明、浸蠟包埋處理,切片后進(jìn)行HE染色。最后于200 倍光學(xué)顯微鏡下觀察其結(jié)構(gòu)變化。
1.3.4 流式細(xì)胞術(shù)檢測血小板CD62P水平
取2 支流式上樣管,各加入2 μL的CD61-PE,然后每管分別加入IgG1-FITC(對照)和CD62P-FITC各2 μL,再加入由磷酸鹽緩沖液稀釋20 倍的大鼠血液100 μL?;靹颍覝叵卤芄忪o置15 min。然后加入預(yù)冷的體積分?jǐn)?shù)1%多聚甲醛1 mL,4 ℃暗環(huán)境靜置30 min后測定血小板CD62P的熒光強度。
1.3.5 血小板血漿P-選擇素、β-TG和GPIIbIIIa水平的測定
取成年的健康SD大鼠,心臟采血5 mL,采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.8%的枸櫞酸鈉抗凝血,使血液與抗凝劑的體積比例為9∶1,150×g離心10 min,上層為富含血小板血漿。繼續(xù)4 000 r/min離心10 min,即為貧血小板血漿,用貧血小板血漿重懸富含血小板血漿,調(diào)整血小板數(shù)為3×108個/mL。將上述血小板血漿分為4 組:對照組(Control)、膠原處理組(Collagen)、膠原+LUFE低劑量組(Collagen+LUFE-L)、膠原+LUFE高劑量組(Collagen+LUFE-H)。各組處理過程如下:Collagen+LUFE-L組和Collagen+LUFE-H組血小板血漿分別以質(zhì)量濃度0.8、1.2 mg/mL的LUFE預(yù)處理10 min,然后在Collagen、Collagen+LUFE-L、Collagen+LUFE-H組中各加入質(zhì)量濃度2 μg/mL的膠原,刺激5 min后用酶標(biāo)儀測定各組的P-選擇素、β-TG和GPIIbIIIa水平。
1.3.6 Western blot檢測PI3K/Akt信號通路相關(guān)蛋白表達(dá)
洗滌血小板的制備[14]:同1.3.5節(jié),取血后按體積比1∶1加入臺式(Tyrode)緩沖液,稀釋抗凝血。加入終質(zhì)量濃度為50 ng/mL的PGE1,160×g離心15 min,收集上層富含血小板血漿。加入Hepes-Tyrode緩沖液,750×g離心10 min,棄上清液。用無Ca2+的Hepes-Tyrode緩沖液重懸血小板,并調(diào)整血小板數(shù),制備3×108個/mL的洗滌血小板懸液。將血小板懸液分為4 組:對照組(Control)、膠原處理組(Collagen)、膠原+LUFE低劑量組(Collagen+LUFE-L)、膠原+LUFE高劑量組(Collagen+LUFE-H)。LUFE-L、LUFE-H組血小板分別以質(zhì)量濃度0.8、1.2 mg/mL的LUFE預(yù)處理5 min后,分別將Collagen、Collagen+LUFE-L、Collagen+LUFE-H組血小板用質(zhì)量濃度2 μg/mL的膠原刺激10 min,用十二烷基硫酸鈉(sodium dodecyl sulfate,SDS)終止反應(yīng)。在各組血小板中分別加入蛋白裂解液,冰浴裂解30 min,12 000 r/min離心10 min,收集上清液,加入上樣緩沖液,樣品在沸水中變性5 min。采用十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)分離蛋白、電轉(zhuǎn)至PVDF膜。質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%脫脂奶粉室溫封閉2 h,分別加入相應(yīng)的一抗,4 ℃孵育過夜。用TBST緩沖液洗滌后加入二抗(山羊抗兔IgG),室溫孵育1 h,沖洗后顯影。
實驗數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,采用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。多組間比較采用單因素方差分析,平均值間兩兩比較采用最小顯著差異法-t檢驗。P<0.05表示有統(tǒng)計學(xué)意義。
表1 LUFE對大鼠血栓質(zhì)量的影響Table 1 Effect of fibrinolytic enzyme from Lyophyllum ulmarium on thrombus mass
如表1所示,模型組血栓質(zhì)量為3.7 mg,假手術(shù)組無血栓形成,表明血栓模型建立成功。陽性對照組和LUFE低、高劑量組血栓質(zhì)量較模型組顯著減?。≒<0.05,P<0.01),提示阿司匹林和LUFE在一定程度上能夠抑制大鼠動脈血栓的形成。
如圖1所示,假手術(shù)組頸動脈內(nèi)膜結(jié)構(gòu)完整,內(nèi)皮細(xì)胞排列連續(xù)、規(guī)整,血管腔內(nèi)未見血栓形成。模型組血管內(nèi)膜的完整性被破壞,血管腔內(nèi)可見紅細(xì)胞和大量血小板組成的混合血栓,并存在較多的炎性細(xì)胞。與模型組相比,陽性對照組和LUFE高劑量組血管內(nèi)膜較光滑,雖然管腔內(nèi)仍可見血栓形成,但栓體明顯縮小、疏松,血小板聚集程度減輕,炎性細(xì)胞數(shù)量減少。
圖1 LUFE對大鼠血管形態(tài)學(xué)的影響Fig.1 Effect of LUFE on carotid arterial vascular morphology in rats
IL-6作為具有多種生物活性的促炎因子,不僅可以誘導(dǎo)高凝狀態(tài),還可以促進(jìn)內(nèi)皮素的生成,引起血管壁損傷,從而促進(jìn)血栓形成。PAF是由血小板、血管內(nèi)皮細(xì)胞和中性粒細(xì)胞等在特異性刺激下釋放的一種具有廣泛生物活性的磷脂。PAF對血小板-中性粒細(xì)胞的活化過程有重要作用,是目前發(fā)現(xiàn)最強的炎癥因子和血小板聚集誘導(dǎo)劑[15]。如表2所示,與假手術(shù)組相比,模型組TNF-α、IL-6和PAF水平明顯上調(diào),說明三氯化鐵溶液作用于血管壁以后能夠引起局部的炎癥反應(yīng)。陽性對照組和LUFE高劑量組炎癥因子水平顯著低于模型組(P<0.05,P<0.01),并且LUFE高劑量組與陽性對照組之間無顯著性差異(P>0.05),提示阿司匹林和高質(zhì)量濃度的LUFE能夠抑制炎癥因子的產(chǎn)生或釋放。
表2 LUFE對TNF-α、IL-6和PAF水平的影響Table 2 Effect of LUFE on the levels of TNF-α, IL-6 and PAF
TM是血管內(nèi)皮細(xì)胞等多種細(xì)胞膜表面的跨膜糖蛋白。血漿中TM主要為損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞TM的降解產(chǎn)物,其水平可反映血管內(nèi)皮損傷的程度,作為判斷血管內(nèi)皮損傷的標(biāo)準(zhǔn)[16]。E-選擇素主要由內(nèi)皮細(xì)胞合成,當(dāng)內(nèi)皮細(xì)胞活化或損傷時,其從細(xì)胞上脫落而進(jìn)入血液。因此,可溶性E-選擇素也是內(nèi)皮功能障礙的標(biāo)志物[17]。TF是一種跨膜糖蛋白,是啟動體內(nèi)凝血過程的重要因子及血栓形成的關(guān)鍵因素。正常情況下,血管內(nèi)皮細(xì)胞和外周血細(xì)胞中檢測不到TF,但在血管內(nèi)皮細(xì)胞受到損傷或受炎性因子刺激時可誘發(fā)性表達(dá)TF[18],因此,TF也可以作為內(nèi)皮細(xì)胞損傷的標(biāo)志。如表3所示,血管內(nèi)膜受到三氯化鐵溶液的刺激會引起血管內(nèi)皮細(xì)胞的氧化損傷,模型組的sTM、E-選擇素和TF水平極顯著高于假手術(shù)組(P<0.01)。而LUFE干預(yù)后能夠抑制sTM、E-選擇素和TF水平的上調(diào),提示溶栓酶對血管內(nèi)皮細(xì)胞具有保護(hù)作用。
表3 LUFE對sTM、E-選擇素和TF水平的影響Table 3 Effect of LUFE on the levels of sTM, E-selectin and TF
CD62P又稱P-選擇素,主要分布于血小板α顆粒和血管內(nèi)皮細(xì)胞的棒狀管小體內(nèi),是血小板活化的特異性標(biāo)志物[19]。在靜息狀態(tài)下,CD62P在血小板上極少表達(dá)。當(dāng)血小板活化時,CD62P隨α顆粒釋放并與血小板膜融合,大量表達(dá)于血小板膜表面。如圖2所示,假手術(shù)組大鼠血小板CD62P的熒光強度為492.1±68.6,模型組CD62P熒光強度為807.6±127.3,明顯高于假手術(shù)組;而陽性對照組熒光強度(588.4±109.2)和高劑量組熒光強度(686.4±119.2)明顯低于模型組,提示阿司匹林和LUFE能夠抑制血管內(nèi)膜炎癥反應(yīng)所致的血小板活化。
圖2 流式細(xì)胞儀檢測血小板CD62P表達(dá)水平Fig.2 Expression level of CD62P on the surface of platelets measured by cytometry
在體外,以膠原刺激血小板后觀察LUFE對血小板活化標(biāo)志物的影響。當(dāng)血小板活化時,血小板膜表面的P-選擇素表達(dá)上調(diào),并有部分釋放入血液,導(dǎo)致其水平升高。GPIIbIIIa是血小板膜上的糖蛋白,能夠與血管性假血友病因子或纖維蛋白原結(jié)合,參與血小板的聚集,促進(jìn)血栓的形成。β-TG是血小板α顆粒中的特異性球蛋白,在誘導(dǎo)劑的作用下血小板被活化時其釋放增多,因此可作為血小板活化的指標(biāo)[20]。如表4所示,經(jīng)膠原刺激后,富含血小板血漿中Collagen組P-選擇素、β-TG和GPIIbIIIa水平顯著高于Control組(P<0.05,P<0.01),而經(jīng)LUFE處理后能顯著降低P-選擇素、β-TG和GPIIbIIIa水平(P<0.05,P<0.01),提示LUFE能抑制膠原誘導(dǎo)的血小板活化。
表4 LUFE對富含血小板血漿P-選擇素、β-TG、GPIIbIIIa水平的影響Table 4 Effect of LUFE on the levels of P-selectin,β-TG and GPIIbIIIa
PI3K/Akt、p38 MAPK信號通路參與小板活化過程[21]。如圖3所示,膠原刺激后,PI3K、Akt和p38 MAPK的磷酸化水平上調(diào)。經(jīng)LUFE處理后可以下調(diào)PI3K、Akt和p38 MAPK的磷酸化水平。
圖3 LUFE對血小板PI3K、Akt和p38蛋白磷酸化水平的影響Fig.3 Effect of LUFE on the phosphorylation levels of PI3K, Akt and p38 in platelets
血栓形成是缺血性心血管疾病和血栓栓塞性疾病的主要病理過程。內(nèi)皮細(xì)胞損傷和血小板的活化是血栓形成的病理基礎(chǔ)。本實驗通過建立大鼠動脈血栓模型,從保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞和抑制血小板活化角度探討了LUFE對血栓形成的抑制作用。
本實驗以三氯化鐵溶液外敷頸動脈的方法建立動脈血栓模型。三氯化鐵溶液中的高價鐵能夠氧化損傷血管內(nèi)膜,引起內(nèi)皮細(xì)胞的損傷。HE染色結(jié)果顯示,模型組血管內(nèi)膜的完整性遭到破壞,管腔內(nèi)可見炎癥細(xì)胞浸潤及血栓形成。血栓的形成導(dǎo)致局部缺氧,缺氧進(jìn)一步加重血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷,導(dǎo)致模型組大鼠sTM、E-選擇素和TF等血管內(nèi)皮細(xì)胞特異性指標(biāo)顯著上調(diào)。內(nèi)皮細(xì)胞的損傷,一方面使膠原暴露引起血小板的活化;另一方面能引起局部血管的炎癥反應(yīng)。有研究報道,血栓形成過程中并存炎癥反應(yīng)[22-24],而且這種炎癥反應(yīng)和血栓的形成相互聯(lián)系、相互促進(jìn)。本實驗以三氯化鐵溶液誘導(dǎo)血栓形成的過程中,模型組TNF-α、IL-6和PAF水平明顯高于假手術(shù)組,說明血栓模型建立過程中伴有炎癥反應(yīng),而且這種炎癥反應(yīng)進(jìn)一步損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞。PAF是由血小板、血管內(nèi)皮細(xì)胞和中性粒細(xì)胞等多種細(xì)胞產(chǎn)生的一種促炎介質(zhì)。研究報道,PAF與G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合后通過激活磷脂酶C(phospholipase C,PLC),引起蛋白激酶C的活化和胞漿中Ca2+增加,繼而活化血小板并促進(jìn)血栓的形成[25]。由此認(rèn)為,模型組大鼠高水平的PAF可以活化血小板,促進(jìn)血栓形成。流式細(xì)胞儀檢測結(jié)果表明,模型組大鼠的CD62P明顯高于假手術(shù)組,這可能與高水平的PAF有關(guān)(圖2)。經(jīng)LUFE預(yù)處理后發(fā)現(xiàn),其可以抑制血栓的形成(表1)、減輕血管內(nèi)膜的病理改變、下調(diào)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷標(biāo)志物水平和血小板表面CD62P表達(dá)水平,提示LUFE可能通抗炎作用來保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞,抑制血小板的活化和血栓的形成。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn),LUFE通過降低細(xì)胞內(nèi)活性氧的水平對氧化應(yīng)激損傷人血管內(nèi)皮細(xì)胞有保護(hù)作用[12],這與本實驗結(jié)果一致。
在動脈血栓形成過程中血小板的活化起關(guān)鍵作用。當(dāng)血管發(fā)生炎癥或血管內(nèi)膜損傷時內(nèi)皮下膠原被暴露,血小板通過黏附、聚集作用并釋放血栓烷A2等生物活性物質(zhì),影響白細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞的功能,并進(jìn)一步激活血小板,從而促進(jìn)血栓的形成。在動脈血栓形成的起始過程中,膠原與血小板的結(jié)合起關(guān)鍵作用[26]。因此,本實驗在體外以膠原誘導(dǎo)血小板的活化,觀察了LUFE對血小板活化的特異性指標(biāo)的影響。結(jié)果表明,LUFE能夠下調(diào)膠原誘導(dǎo)的富含血小板血漿可溶性P-選擇素、β-TG和GPIIbIIIa水平,提示LUFE可能抑制血小板黏附、分泌及聚集過程。在膠原誘導(dǎo)的血小板活化過程中PI3K/Akt通路起重要作用[27-28]。血小板膜GPVI作為膠原受體,參與由膠原介導(dǎo)的PI3K/Akt信號傳導(dǎo)過程。膠原與GPVI結(jié)合后通過Src家族激酶激活免疫球蛋白Fc受體的免疫受體酪氨酸激活基序磷酸化位點,引起脾酪氨酸激酶(spleen tyrosine kinase,Syk)的活化。Syk的活化進(jìn)一步啟動下游信號級聯(lián)反應(yīng),包括活化T細(xì)胞跨膜連接蛋白的磷酸化和信號復(fù)合體的組裝。這種信號復(fù)合體包括磷酸化LAT在內(nèi)的3 種蛋白,而這3 種蛋白與PI3K、三磷酸鳥苷交換因子等許多信號分子相關(guān)。這些信號分子對血小板GPVI信號通路中的磷脂酶Cγ2(phospholipase Cγ2,PLCγ2)的募集和激活至關(guān)重要。如PLCγ2通過與PI3K產(chǎn)物-磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸結(jié)合促進(jìn)其向質(zhì)膜的募集。而這種PLCγ2向質(zhì)膜的轉(zhuǎn)位對其活性很重要[29]?;罨腜LCγ2催化磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸產(chǎn)生二酰甘油和三磷酸肌醇。這2 種第二信使進(jìn)一步激活下游信號分子引起血小板從內(nèi)向外的信號傳導(dǎo),最終作用于GPIIbIIIa,引起血小板的黏附及聚集反應(yīng)[30]。Akt是PI3K下游的重要信號分子,它的磷酸化是PI3K信號通路的激活標(biāo)志[31]。結(jié)果表明,LUFE抑制PI3K和Akt(Ser473)的磷酸化過程,提示LUFE可能通過PI3K/Akt信號通路,影響血小板PLCγ2的募集和激活過程,繼而影響血小板的功能。此外,在膠原誘導(dǎo)血小板激活的過程中,LUFE能降低p38 MAPK的磷酸化水平,提示p38 MAPK也是LUFE影響血小板功能的信號分子之一。
綜上,LUFE能夠抑制大鼠動脈血栓的形成,抑制機(jī)制可能與其抗血小板作用以及對血管內(nèi)皮細(xì)胞的保護(hù)作用有關(guān)。