陳 琳,程玲霞,楊 帆,劉 英,胡迎春,鐘 武,2
(1.西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院急診醫(yī)學(xué)部,四川瀘州 646000;2.瀘州市人民醫(yī)院,四川瀘州 646000)
急性主動(dòng)脈夾層(acute aortic dissection,AAD)是一種致命的血管疾病,近來研究表明血管功能及其狀態(tài)與AAD發(fā)病密切相關(guān)[1],而血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cell,VSMC)作為血管功能的重要調(diào)節(jié)劑,被認(rèn)為對(duì)血管病變的發(fā)生和發(fā)展至關(guān)重要,而VSMC 從收縮表型到合成表型的轉(zhuǎn)化被認(rèn)為可能在AAD 疾病進(jìn)展中發(fā)揮重要作用[2-5]。自噬作為一種高度保守的分解代謝過程,可以通過多種細(xì)胞通路影響細(xì)胞的存活與功能[6-7]。最近的研究表明,自噬在VSMC 表型轉(zhuǎn)化的過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[8]。相關(guān)文獻(xiàn)顯示,在血管疾病發(fā)生發(fā)展過程中,不僅可以激活自噬以防止由于氧化應(yīng)激導(dǎo)致的細(xì)胞死亡[9],自噬也可能通過去除難以水解的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器來促進(jìn)細(xì)胞存活。有研究證實(shí),PDGF-BB(血小板衍生生長(zhǎng)因子)體外誘導(dǎo)VSMC表型轉(zhuǎn)換的過程被認(rèn)為是通過自噬介導(dǎo)的,同時(shí)還觀察到了Yes 相關(guān)蛋白(Yes-associated protein,YAP)表達(dá)的改變[10]。YAP作為Hippo-YAP信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的關(guān)鍵下游效應(yīng)物,被證實(shí)在調(diào)控VSMC 細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡和表型轉(zhuǎn)化的過程中有重要作用[11]。有研究[12-13]發(fā)現(xiàn),在Stanford A 型主動(dòng)脈夾層患者的升主動(dòng)脈壁中,YAP 的表達(dá)降低,在動(dòng)物的Stanford A 型主動(dòng)脈夾層模型中觀察到類似的現(xiàn)象。因此,我們?cè)O(shè)想Hippo-YAP 蛋白可能參與VSMC 的表型轉(zhuǎn)化從而導(dǎo)致主動(dòng)脈夾層的發(fā)生,并且該過程可能受到自噬的調(diào)節(jié)。在本研究中,我們成功構(gòu)建出新型小鼠主動(dòng)脈夾層模型,具有周期短、模擬效果確切、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定可重復(fù)等優(yōu)點(diǎn)(本實(shí)驗(yàn)組程玲霞等的研究,已被雜志接收未見刊),為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供動(dòng)物基礎(chǔ);通過檢測(cè)自噬相關(guān)蛋白LC3、P62 及VSMC 各表型標(biāo)志蛋白在該模型中的表達(dá)情況,為進(jìn)一步探究自噬在急性主動(dòng)脈夾層的發(fā)病過程中的作用提供基礎(chǔ)和依據(jù)。
清潔級(jí)3~4 周齡的雄性C57BL/6 小鼠購自斯貝福(北京)生物科技有限公司,體質(zhì)量15~20 g,許可號(hào):SCXK(京)2019-0010。將60 只健康狀況良好的小鼠隨機(jī)分為3組:實(shí)驗(yàn)組(AD 組):β-氨基丙腈(β-aminopropionitrile,BAPN)喂養(yǎng)聯(lián)合人血管緊張素-Ⅱ(angiotensin-Ⅱ,Ang-Ⅱ)建立小鼠主動(dòng)脈夾層的模型(n=20);干預(yù)組(CQ 組):同實(shí)驗(yàn)組采取同樣方式建立小鼠主動(dòng)脈夾層的模型,同時(shí)全程注射自噬的抑制劑氯喹(chloroquine,CQ;n=20);陰性對(duì)照組(正常組):注射生理鹽水作為陰性對(duì)照(n=20)。
本實(shí)驗(yàn)所有小鼠喂養(yǎng)于西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院清潔級(jí)實(shí)驗(yàn)室,實(shí)驗(yàn)小鼠的處置均符合《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理?xiàng)l例》,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)經(jīng)西南醫(yī)科大學(xué)倫理委員會(huì)審查批準(zhǔn),醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理審核批件號(hào):201810146。①各組小鼠首先進(jìn)行無限制飲水喂養(yǎng)1 周,記錄每天每組小鼠飲水量,一周后根據(jù)飲水量計(jì)算出小鼠每日飲水總量;②按每日0.1 g/kg 的攝入量稱取BAPN 溶于小鼠飲用水中,給予AD 組與CQ 組小鼠喂養(yǎng)16 d,正常組小鼠以普通飲用水喂養(yǎng);③將人Ang-Ⅱ溶于滅菌注射用水中,AD 組與CQ 組按每天每只小鼠1.5 mg/kg 的劑量進(jìn)行皮下注射7 d,第8~14 天兩組每日注射劑量減半,即0.75 mg/kg 的劑量進(jìn)行皮下注射,第15、16 天每日注射劑量較前再次減半,正常組注射生理鹽水;④CQ 組小鼠按40 mg/(kg·d)的劑量進(jìn)行CQ 腹腔注射16 d,余下兩組注射生理鹽水作為對(duì)照。
建模過程中死亡小鼠即刻解剖(1 h 內(nèi)),存活小鼠在模型建立的第17 d統(tǒng)一取材。采用10 g/mL質(zhì)量濃度的水合氯醛對(duì)存活小鼠進(jìn)行腹腔內(nèi)注射麻醉,麻醉成功后,碘伏消毒胸腹部,取出小鼠主動(dòng)脈,切取一部分放入40 g/L 多聚甲醛中固定,剩余部分保存于液氮中。
1.4.1 組織病理學(xué)檢測(cè) 取出40 g/L 多聚甲醛中固定的小鼠主動(dòng)脈樣本,常規(guī)石蠟包埋;連續(xù)切片,制成厚度為3 μm 的切片,進(jìn)行蘇木精-伊紅染色(HE染色),高倍鏡下觀察并拍照。
1.4.2 Western Blot 檢測(cè) 從小鼠主動(dòng)脈樣本中提取蛋白,選擇十二烷基磺酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠(SDS-PAGE)進(jìn)行電泳,用聚偏氟乙烯(PVDF)膜對(duì)PAGE 膠轉(zhuǎn)膜,轉(zhuǎn)膜后封閉、孵育一抗、二抗,完成后滴加發(fā)光液顯影并拍照,以GAPDH 為內(nèi)參計(jì)算灰度值。
1.4.3 免疫組織化學(xué)染色法檢測(cè) 石蠟切片常規(guī)脫蠟水化、修復(fù),依次完成過氧化物酶活性阻斷、非特異性蛋白封閉、一抗孵育、HRP標(biāo)記的二抗孵育、DAB 鏡下顯色、蘇木青復(fù)染,切片經(jīng)梯度酒精脫水干燥,中性樹膠封固,晾干后觀察。
采用SPSS 23.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。數(shù)據(jù)行正態(tài)分布和方差齊性檢驗(yàn),3 組間計(jì)量資料的比較采用單因素方差分析,方差分析差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義時(shí)兩兩比較采用Bonferroni 法,以P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
在本實(shí)驗(yàn)小鼠模型建立的過程中,實(shí)驗(yàn)組(AD組)共有12 只形成了主動(dòng)脈夾層,建模成功的比例為60%,3 只形成了主動(dòng)脈瘤,比例為15%,其中10只小鼠死亡,均死于主動(dòng)脈夾層的急性破裂出血,死亡比例為50%,2 只在建模第1 周內(nèi)死亡,8 只在建模第2 周內(nèi)死亡。干預(yù)組(CQ 組)同陰性對(duì)照組(正常組)建模全程無小鼠死亡,解剖未發(fā)現(xiàn)主動(dòng)脈夾層及主動(dòng)脈瘤征象。
取各組小鼠主動(dòng)脈樣本進(jìn)行HE 染色,結(jié)果發(fā)現(xiàn):干預(yù)組(CQ 組)同陰性對(duì)照組(正常組)小鼠血管壁層次清晰,未見明顯病理改變,但干預(yù)組(CQ組)血管壁可見少許增厚。實(shí)驗(yàn)組(AD 組)小鼠血管壁可見彈力纖維排列紊亂、斷裂,可見明顯真假腔,主動(dòng)脈瘤可見中膜明顯增厚,瘤樣擴(kuò)張(圖1)。
圖1 實(shí)驗(yàn)各組小鼠主動(dòng)脈HE染色結(jié)果Fig.1 HE staining results of aorta in each group
與陰性對(duì)照組(正常組)相比,實(shí)驗(yàn)組(AD 組)小鼠中平滑肌α-肌動(dòng)蛋白(α-SMA)表達(dá)明顯降低,同時(shí)骨橋蛋白(OPN)表達(dá)明顯增強(qiáng),且YAP 蛋白的表達(dá)也顯著降低(P<0.05)。而干預(yù)組(CQ 組)小鼠與陰性對(duì)照組(正常組)相比,α-SMA 與OPN的表達(dá)改變無明顯差別,且YAP 蛋白表達(dá)的改變也不明顯(P>0.05;圖2)。
3組小鼠α-SMA 蛋白表達(dá)的灰度值檢測(cè)比較,經(jīng)單因素方差分析,3 組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=13.076,P=0.006);采用Bonferroni 法進(jìn)一步作兩兩比較,發(fā)現(xiàn)AD 組與對(duì)照組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.011),與CQ 組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.003),而CQ 組與對(duì)照組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.256)。
3 組小鼠OPN 蛋白表達(dá)的灰度值檢測(cè)比較,經(jīng)單因素方差分析,3 組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=13.335,P=0.006);采用Bonferroni 法進(jìn)一步作兩兩比較,發(fā)現(xiàn)AD 組與對(duì)照組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.004),與CQ 組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.005),而CQ 組與對(duì)照組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.849)。
3 組小鼠YAP 蛋白表達(dá)的灰度值檢測(cè)比較,經(jīng)單因素方差分析,3 組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=10.088,P=0.012);采用Bonferroni法進(jìn)一步作兩兩比較,發(fā)現(xiàn)AD 組與對(duì)照組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.004),與CQ 組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.029),而CQ 組與對(duì)照組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.169;圖2)。
與正常組相比,AD 組小鼠中YAP 表達(dá)明顯降低,同時(shí)LC3-I 與P62 蛋白的表達(dá)也明顯減弱,但LC3-Ⅱ/LC3-I的表達(dá)明顯增強(qiáng)(P<0.05)。CQ 組與正常組相比,LC3與P62的表達(dá)改變無明顯差別,且YAP蛋白表達(dá)的改變也不明顯(P>0.05)。與AD組相較,CQ 組小鼠LC3-I 與P62 表達(dá)明顯增強(qiáng),LC3-Ⅱ的表達(dá)明顯減弱,且YAP 蛋白的表達(dá)顯著增強(qiáng)(圖3)。
3 組小鼠LC3 蛋白表達(dá)的灰度值檢測(cè)比較,經(jīng)單因素方差分析,3 組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=5.153,P=0.050);采用Bonferroni 法進(jìn)一步作兩兩比較,發(fā)現(xiàn)AD 組與對(duì)照組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.032),與CQ 組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.032),而CQ 組與對(duì)照組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.988)。
3 組小鼠P62 蛋白表達(dá)的灰度值檢測(cè)比較,經(jīng)單因素方差分析,3 組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=6.153,P=0.035);采用Bonferroni 法進(jìn)一步作兩兩比較,發(fā)現(xiàn)AD 組與對(duì)照組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.041),與CQ 組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.016),而CQ 組與對(duì)照組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.476;圖3)。
與正常對(duì)照組相比,AD 組小鼠中OPN 表達(dá)陽性率較高,且同時(shí)α-SMA 的陽性率減少,而CQ 組未見明顯改變。同時(shí),AD 組對(duì)于YAP 蛋白的表達(dá)陽性率下降,而對(duì)LC3 蛋白表達(dá)升高,CQ 組未見明顯改變(圖4~6)。
圖2 小鼠平滑肌細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化相關(guān)蛋白與YAP的表達(dá)情況Fig.2 Expression of phenotype transformation related proteins and YAP in mouse smooth muscle cells
圖3 小鼠自噬相關(guān)蛋白與YAP的表達(dá)情況Fig.3 Expression of autophagy related proteins and YAP in mouse smooth muscle cells
圖4 各組小鼠主動(dòng)脈表型轉(zhuǎn)化相關(guān)蛋白的免疫組織化學(xué)染色Fig.4 Immunohistochemistry staining of phenotype transformation related proteins in aorta of mouse in each group
圖5 各組小鼠主動(dòng)脈YAP蛋白的免疫組織化學(xué)染色Fig.5 Immunohistochemistry staining of YAP protein in aorta of mouse in each group
急性主動(dòng)脈夾層具有起病急驟、病死率極高的特點(diǎn),探索AAD 的形成機(jī)制對(duì)臨床治療有重要意義,但其機(jī)制尚不完全明確。現(xiàn)有的研究表明AAD 可能與血管功能障礙有關(guān),主要傾向于血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)的功能障礙[14-18]。VSMC 在健康的血管中主要表現(xiàn)為收縮型,其幾乎不分泌細(xì)胞外基質(zhì)蛋白,并且增殖和遷移能力的能力較差,此時(shí)細(xì)胞表達(dá)一系列收縮蛋白,例如平滑肌α-肌動(dòng)蛋白(α-SMA)。有研究表明,在血管病變的發(fā)生和發(fā)展中,VSMC 會(huì)由收縮型向合成型轉(zhuǎn)化,高表達(dá)骨橋蛋白(OPN),分泌彈性蛋白酶、金屬蛋白酶等,從而導(dǎo)致血管壁張力顯著降低,促使血管疾病,例如主動(dòng)脈夾層的發(fā)生。但VSMC 的表型轉(zhuǎn)化與主動(dòng)脈夾層的關(guān)系尚不完全明確,其確切的分子機(jī)制更是少有研究。最近研究表明,YAP可以通過促進(jìn)VSMC 凋亡導(dǎo)致AD 的發(fā)生[19],YAP 可以誘導(dǎo)VSMC 增殖、遷移及表型轉(zhuǎn)化,參與血管壁的重構(gòu)[20]。在研究表型轉(zhuǎn)化的過程中,還有些實(shí)驗(yàn)觀察到了自噬現(xiàn)象[21-22]。因此,我們認(rèn)為Hippo-YAP 信號(hào)通路可能是VSMC 表型轉(zhuǎn)換的中心調(diào)節(jié)器,這種調(diào)節(jié)作用可能受到自噬的介導(dǎo)。
本實(shí)驗(yàn)選用BAPN 持續(xù)飲用水喂養(yǎng),同時(shí)皮下小劑量注射Ang-Ⅱ建立小鼠主動(dòng)脈夾層模型,HE染色結(jié)果顯示此種建模方法能成功誘導(dǎo)小鼠主動(dòng)脈夾層形成。此外,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)組相對(duì)于陰性對(duì)照組小鼠有更高的死亡率,這與小鼠主動(dòng)脈夾層極易發(fā)生主動(dòng)脈破裂導(dǎo)致小鼠死亡有關(guān)。在使用自噬的抑制劑處理小鼠后,其主動(dòng)脈夾層的形成率大大降低,這表明自噬可能在主動(dòng)脈夾層的形成過程中起關(guān)鍵作用。
β-氨基丙腈是一種賴氨酰氧化酶抑制劑,與Ang-Ⅱ聯(lián)合使用是目前最常用的小鼠主動(dòng)脈夾層誘導(dǎo)模型[23-24]。BAPN 可以破壞彈力蛋白和膠原蛋白的交聯(lián)和成熟,造成主動(dòng)脈前夾層狀態(tài)[25],而Ang-Ⅱ的非血壓依賴作用可以促發(fā)胸主動(dòng)脈夾層的發(fā)生[26]。有文獻(xiàn)表明,將BAPN 溶于小鼠每日飲用水中,聯(lián)合Ang-Ⅱ皮下注射可以成功構(gòu)建出小鼠主動(dòng)脈夾層模型[27-28]。氯喹是一種基礎(chǔ)公共衛(wèi)生體系必備藥物,可通過阻斷溶酶體的功能在自噬后期阻止自噬體的降解[29-30];有研究表明,CQ 較其他自噬抑制劑能在更短的時(shí)間內(nèi)觸發(fā)自噬通量的最大阻塞[31]。目前的研究對(duì)于使用氯喹抑制自噬在動(dòng)物模型中的劑量暫缺統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),實(shí)驗(yàn)組前期研究結(jié)果表明40 mg/kg 的濃度抑制自噬的效果更佳。本實(shí)驗(yàn)采用BAPN 喂養(yǎng)聯(lián)合Ang-Ⅱ皮下注射的方法,成功構(gòu)建出小鼠主動(dòng)脈夾層模型,并使用氯喹抑制干預(yù)組的自噬。
為了驗(yàn)證小鼠主動(dòng)脈夾層形成的關(guān)鍵機(jī)制,本實(shí)驗(yàn)對(duì)小鼠的主動(dòng)脈進(jìn)行取材,利用Western Blot和免疫組化探究小鼠主動(dòng)脈夾層形成的分子機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn),與陰性對(duì)照組相比,實(shí)驗(yàn)組小鼠的收縮型VSMC 標(biāo)志蛋白α-SMA 的表達(dá)明顯降低,同時(shí)合成型VSMC標(biāo)志蛋白OPN 的表達(dá)明顯增強(qiáng),這說明在主動(dòng)脈夾層形成的過程中,VSMC 發(fā)生了表型轉(zhuǎn)化。而干預(yù)組相較于對(duì)照組并未發(fā)現(xiàn)兩種蛋白表達(dá)的明顯改變,這表明自噬的抑制劑在主動(dòng)脈夾層形成的過程中可以一定程度的延緩VSMC 的表型轉(zhuǎn)化,但確切分子機(jī)制不明。
本實(shí)驗(yàn)為了研究小鼠VSMC 表型轉(zhuǎn)化的機(jī)制,利用Western Blot 和免疫組化測(cè)定3 組小鼠YAP 蛋白的表達(dá)。結(jié)果表明,相較于對(duì)照組,實(shí)驗(yàn)組小鼠主動(dòng)脈樣本中YAP 蛋白的表達(dá)明顯下降,而干預(yù)組的表達(dá)變化不明顯。因此,我們推測(cè),在小鼠主動(dòng)脈夾層形成的過程中,伴隨著VSMC 的表型轉(zhuǎn)化,同時(shí)Hippo-YAP 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑組分的下調(diào)表達(dá)與VSMC 的表型轉(zhuǎn)化有相關(guān)性,而自噬的抑制劑在某種程度上可以延緩這種轉(zhuǎn)變。
為了驗(yàn)證自噬在調(diào)節(jié)VSMC 表型轉(zhuǎn)化過程中的作用,我們測(cè)定了3 組小鼠主動(dòng)脈樣本中自噬相關(guān)蛋白的表達(dá)。WB 及免疫組化實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,以陰性對(duì)照組為參考,實(shí)驗(yàn)組小鼠主動(dòng)脈樣本中P62蛋白的表達(dá)明顯減弱,同時(shí)LC3-Ⅱ與LC3-I 的比值明顯上升,表明在實(shí)驗(yàn)組小鼠形成主動(dòng)脈夾層的過程中自噬被明顯激活;而在使用自噬抑制劑的干預(yù)組小鼠中,觀察到LC3 與P62 的表達(dá)改變無明顯差別。我們的研究結(jié)果表明,在誘導(dǎo)小鼠主動(dòng)脈夾層的形成過程中,確實(shí)發(fā)生了VSMC 的表型轉(zhuǎn)化,同時(shí)伴隨Hippo-YAP 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑主要下游效應(yīng)物YAP 蛋白的表達(dá)降低及自噬現(xiàn)象的激活,在使用自噬抑制劑處理小鼠后,VSMC 表型轉(zhuǎn)化的過程被抑制,YAP蛋白的下降也被延緩。
由此,我們推測(cè),Hippo-YAP 蛋白可能參與調(diào)節(jié)血管平滑肌細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)化,并且這種作用可能受到自噬的調(diào)節(jié)。本研究不僅成功構(gòu)建出小鼠主動(dòng)脈夾層的動(dòng)物模型,并通過HE 染色評(píng)價(jià)建模成功率,同時(shí)采用WB 和免疫組化雙重驗(yàn)證相關(guān)蛋白的表達(dá),即表明了VSMC 表型轉(zhuǎn)化的發(fā)生,還揭示了Hippo-YAP 蛋白的調(diào)節(jié)作用,同時(shí)觀察到自噬現(xiàn)象對(duì)于VSMC 表型轉(zhuǎn)化與YAP 蛋白的表達(dá)均有調(diào)節(jié)作用。不足的是,本實(shí)驗(yàn)雖然揭示了自噬調(diào)控血管平滑肌細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化的機(jī)制,但缺乏相關(guān)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)支撐,并且自噬通過何種方式調(diào)控Hippo-YAP 對(duì)小鼠VSMC 表型轉(zhuǎn)化的作用,仍有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究闡明。
中山大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)科學(xué)版)2021年2期