二甲双胍在治疗肺动脉高压中的作用及机制研究

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【目的】肺动脉高压(Pulmonary Aterial Hypertension,PAH)是先天性心脏病(先心病,Congenital Heart Defect)最常见的危重并发症之一。PAH主要病理机制是肺微小动脉平滑肌层的增殖、血管的重构。肺动脉高压作为许多心血管疾病的终末期并发症,研究其发生发展机制,寻找新的药物治疗靶点,有着重大的临床意义。通过早前研究证实,二甲双胍,一种可激活AMPK(AMP依赖的蛋白激酶,Adenosine 5‘-monophosphate(AMP)-activated protein kinase,AMPK)通路的激活剂,并且作为常规治疗糖尿病的常规药物,可明显改善野百合碱或慢性缺氧诱导的大鼠肺动脉高压模型的严重程度。本课题拟深入探讨AMPK作为PAH的新的治疗靶点的可能性,进一步阐释二甲双胍对于PAH治疗的完整进程。【方法】选取68周龄的健康雄性SD大鼠48只,体重180g-250g。随机均分为六组(n=8):正常对照组(Control组1月、Control组2月)、野百合碱注射组(Monocrotaline,MCT组1月、MCT组2月)、治疗组(MCT+MET组1月、MCT+MET组2月)。在MCT组中,PAH是通过大鼠野百合碱(MCT)腹腔注射(60mg/kg)来诱导建立的;而MCT+MET组则在第一天进行MCT腹腔注射后,每天进行二甲双胍悬浊液(Metformin,MET)(100mg/kg·day-1)的灌胃;分别检测不同组别大鼠心肺血流动力学的参数,分别在造模后30天(1月组)及60天(2月组)进行小动物多普勒超声检测血流动力学;在B超检查后当天行右心漂浮导管检测平均肺动脉压(Mean Pulmonary Arterial Pressure,mPAP);安乐死后取心脏组织测定右室肥厚指数(右心室游离壁(RV)、左心室加室间隔(LV+S)两部分的重量的比值,RV/LV+S)取肺组织行HE染色,Masson三色染色及天狼星红染色观察肺小动脉结构及胶原增生情况;取1月组、2月组肺组织匀浆行Western blot(WB)检测确定相关分子信号通路激活情况;取肺组织石蜡切片,行免疫组化染色,检测验证因子及印证WB结果。【结果】在1月组与2月组中,两组各自的MCT组与各自的Control组相比,两组MCT大鼠的肺动脉平均压均有不同程度的升高,H&E染色发现肺小动脉平滑肌也有不同程度的增殖;Masson三色及天狼星红染色组织学分析发现肺动脉明显肌化,Ⅰ型胶原明显增生,以上改变均以1月组更为明显。通过对1月和2月组的大鼠血流动力学及组织学分析表明,大鼠在此剂量下60mg/kg的MCT注射在1月组和2月组时均有自愈倾向,并且2月组较为显著。在MCT注射的大鼠给予MET悬浊液灌胃(100mg/kg·day-1)观察两组(1月组,2月组)PAH大鼠肺动脉平均压、右心室收缩压均有不同程度的下降。H&E染色分析发现肺小动脉平滑肌增殖不明显,Masson染色与天狼星红染色分析发现MET组大鼠血管肌化、胶原纤维增生好转;此外,MET的疗效在2月组中不明显,可能与其自愈倾向有关。最后,WB的结果验证二甲双胍对AMPK及其下游乙酰辅酶A羧化酶(Acetyl-CoA Carboxylase,ACC)的激活与其疗效变化一致,且呈自愈倾向的MCT大鼠的AMPK相关通路相比Control组,也有不同程度的激活,免疫组化也印证了此结果。免疫组化还证明,MCT诱导的大鼠肺动脉高压模型有炎性因子的浸润,二甲双胍则减轻了这一反应。【结论】1.MCT造模的大鼠AMPK通路因为饲养时间的差别也有不同程度的激活。2.MET对MCT造模的肺动脉高压的大鼠有着确切的治疗作用。在疾病进程中,二甲双胍的疗效随着时间的推移下降。AMPK通路的活性与二甲双胍的疗效呈正相关。【目的】肺动脉高压(Pulmonary Aterial Hypertension,PAH)是先天性心脏病(先心病)常见危重并发症之一。PAH主要病理机制是肺小动脉平滑肌增殖、血管重构。据最新研究,AMPK通路(AMP依赖的蛋白激酶,Adenosine 5‘-monophosphate(AMP)-activated protein kinase,AMPK)的激动剂-二甲双胍对肺动脉高压有治疗作用。腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)是一种重要的蛋白激酶,主要协调代谢和能量的需要,与线粒体稳态有着重要的联系。本研究从线粒体稳态入手,尝试阐明二甲双胍缓解肺动脉高压的机制。【方法】选取68周龄的健康雄性SD大鼠24只,体重180g-250g。随机均分为三组(n=8):正常对照组(Control组)、野百合碱注射组(MCT组)、治疗组(MCT+MET组)。通过大鼠野百合碱(Monocrotaline,MCT)腹腔注射来诱导建立大鼠PAH模型;每天进行二甲双胍(Metformin,MET)悬浊液灌胃(100mg/kg·day-1);大鼠在造模后30天(1月组),处死取材;使用冰冻切片进行活性氧(Reactive oxygen species,ROS)、线粒体膜电位(JC-1,Δψm)的免疫荧光检测;使用电子显微镜观察肺组织超微结构观察线粒体形态;WB检测线粒体相关蛋白如细胞色素C(Cytochrome C,Cyto C);【结果】在四周组中的大鼠中,在MCT大鼠上给予二甲双胍(Metformin,MET)后,据第一部分的研究,证明了MET对肺动脉高压确实有不同程度的缓解。冰冻切片进行活性氧(Reactive oxygen species,ROS)检测,观察免疫荧光进行半定量分析荧光强度,结果提示MCT+MET组较之MCT组,ROS生成减少;使用冰冻切片来进行线粒体膜电位的免疫荧光的荧光强度的半定量检测,JC-1(红荧光强度/绿荧光强度,Δψm)进行相对比值的比较,MCT组的数值增高,红荧光强度较强,表明线粒体膜电位升高,该细胞处在凋亡抑制,血管重塑阶段;反之,MCT+MET治疗组的膜电位较MCT组降低,但尚未恢复正常;使用电子显微镜观察肺组织超微结构观察线粒体形态,Control组未见线粒体排列杂乱,未见水肿、空泡,线粒体嵴排列有序;MCT组可见线粒体排列紊乱,可见线粒体内水肿、空泡,嵴结构破坏;MCT+MET组可见线粒体结构及其内部嵴排列相对正常,未见水肿、空泡。用WB检测表明MCT组的Cyto C表达量增高,线粒体损伤较重,而MCT+MET组的增高不明显;【结论】1.MET治疗肺动脉高压可以使肺组织内线粒体损伤减小,可能与促进细胞凋亡有关;2.MET治疗肺动脉高压可以维持肺组织内线粒体正常形态;
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