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研究背景:
急性心肌梗死(acute myocardial infarction)系指冠状动脉突然完全性闭塞,心肌发生缺血、损伤和坏死,出现以剧烈胸痛、心电图和心肌酶学的动态变化为临床特征的一种急性缺血性心脏病。是临床危重疾病之一。祖国医学认为急性心肌梗死多在正气内虚的基础上因劳逸不当、恣食膏粱厚味,或七情内伤等因素而致病,肾阴肾阳亏虚贯穿疾病的发生始终。目前在冠心病急性心肌梗死的治疗上,西药及介入治疗的研究较多,一些中药在稳定型心绞痛治疗中的作用亦得到肯定,但有关研究多集中在活血化瘀行气止痛的中药上,对于补肾固脱的药物在急性心肌梗死时的预防及保护作用及机制研究非常少。山萸肉具有补益肝肾、涩精固脱之功效,它在抢救危重冠心病时显示出优越的疗效。而冠心病急性心肌缺血时线粒体能量耗竭、诱导凋亡及活性氧释放损伤是重要的病理变化。因此我们推断,线粒体与补肾法之间存在着微妙的联系。我们通过研究急性心肌梗死前后及山茱萸有效成分治疗前后线粒体的功能、结构,数量的变化,希望能够揭示补肾法的本质。
目的:
我们早期的研究已经证实,补益肝肾,涩滑固脱的山萸肉对于急性心肌梗死模型的大鼠的心肌具有保护作用,能够改善大鼠的心功能、缩小心肌梗死面积,有可能是通过抗氧化损伤,抗炎途径来实现的,本实验在此基础上,通过研究急性心肌梗死后的心肌细胞线粒体数量、结构与功能的变化,探讨山茱萸对心肌梗死大鼠心肌线粒体保护作用的机制,以期说明补肾法的作用本质。
方法:
SPF级SD大鼠总共为93只,体重为220-250g。按照文献报道造模死亡率(40-50%),保证最后各组动物数大致一致,将33只SD大鼠随机分为假手术组与预防给药组,另外60只SD大鼠采取开胸结扎左冠状动脉前降支的方法,建立急性心肌梗死的模型,术后24h内存活的38只大鼠随机分为模型组、山茱萸多糖治疗组、山茱萸总苷治疗组。其中假手术组仅在冠状动脉部位只穿线不结扎,其余四组均在相同部位结扎。各组建立相同的观察起点和终点,均在实验的第8天造模,术后或术前给药7天,总观察时间为15天。最终实验结束共存活58只大鼠,并获取完整资料如下。
①假手术组12只(术前与术后分别给生理盐水七天)
②心肌梗死对照组10只(给药同假手术组)
③预防给药组12只(术前给山茱萸总苷七天,术后给生理盐水七天)
④山茱萸多糖治疗组12只(术前给生理盐水七天,术后给山茱萸多糖七天)
⑤山茱萸总苷治疗组12只(术前给生理盐水七天,术后给山茱萸总苷七天)
观察结束后,每组随机选取一半动物分别进行超声心动图及血流动力学检测评价心功能,然后腹主动脉取血检测血清氧化损伤和抗氧化损伤标志物MDA、MPO及SOD、GSH-Px含量,同时留取心脏标本,马上分离心肌细胞进行线粒体膜电位检测△ψm(细胞早期凋亡指标),切片行病理学检测、Masson三色染色法进行心肌梗死面积测定,普通石蜡切片进行心肌细胞凋亡率TUNEL检测(细胞晚期凋亡指标),并每组留取半数心脏标本液氮保存,检测心肌组织凋亡相关基因FAS/FASL、BAX/BCL-2mRNA表达及线粒体发生相关基因PGC-1α、PGC-1β,NRF-1mRNA表达,GSK-3βmRNA及蛋白表达。
结果:
线粒体保护相关检测-凋亡与线粒体发生
早期凋亡指标山茱萸对大鼠心肌细胞线粒体膜电位的影响:与假手术组相比,预防给药组、山茱萸多糖组、山茱萸总苷组和模型组线粒体膜电位下降的心肌细胞数增加,即凋亡细胞数增加,差别有统计学意义;与模型组相比,预防给药组、山茱萸多糖组和山茱萸总苷组的心肌细胞凋亡数目减少,差异有统计学意义;但是山茱萸多糖和山茱萸总苷、预防给药三组比较,没有统计学差异。
晚期凋亡指标心肌细胞凋亡指数:与假手术组相比,预防给药组、山茱萸多糖组、山茱萸总苷组和模型组凋亡细胞率增多,差别有统计学意义;与模型组相比,预防给药组、山茱萸多糖组和山茱萸总苷组心肌细胞凋亡率减少,差异有统计学意义;但是山茱萸多糖和山茱萸总苷、预防给药三组比较,没有统计学差异。
心肌凋亡相关基因BCL-2/BAX,FAS/FASLmRNA表达的影响与假手术组相比,预防给药组、山茱萸多糖组、山茱萸总苷组和模型组促凋亡基因BAX、FAS和FASL表达增加,抗凋亡基因BCL-2表达减少,差别具有统计学意义;山茱萸多糖能够显著降低促凋亡基因FAS的表达,与其他各组相比,差别具有统计学意义;山茱萸总苷能够显著降低促凋亡基因BAX的表达,升高抗凋亡基因BCL-2的表达,与其他各组相比,差别具有统计学意义。
线粒体生物发生的相关基因PGC1α与PGC1β,NRF-1mRNA表达的影响与模型组相比,预防给药组、总苷治疗组,多糖治疗组的PGC1α(过氧化物酶体增殖物受体r共激活因子1α)与PGC1β(过氧化物酶体增殖物受体r共激活因子1β),NRF-1(细胞核呼吸因子1)mRNA表达都有明显下降,差别具有统计学意义,说明在药物的干预下线粒体的结构与功能都对缺血有适应性变化;并且在预防给药组显示出对线粒体发生相关基因非常明显的升高作用,比山茱萸总苷和山茱萸多糖治疗组都好,差别具有统计学意义。
心肌GSK-3βmRNA和GSK-3β蛋白表达的影响与假手术组相比,模型组、预防给药组、总苷治疗组,多糖治疗组的GSK-3βmRNA及蛋白表达都有明显的升高,差异具有统计学意义,说明急性心肌梗死后GSK-3β参与心肌损伤的过程;与模型组相比,总苷治疗组、多糖治疗组、预防给药组的GSK-3βmRNA表达都有明显降低,差别具有统计学意义,药物治疗具有降低GSK-3β,保护心肌细胞的作用。
结论:
1.山茱萸有效成分具有保护心肌梗死大鼠心功能、缩小大鼠心肌梗死面积
2.山茱萸可以保护线粒体的功能,改善线粒体的质和量,提高心肌细胞耐缺血缺氧的能力:
线粒体质的改善---山茱萸多糖有可能作用于膜受体途径引起的心肌细胞凋亡,能够显著降低促凋亡基因FAS的表达;山茱萸总苷可能作用于线粒体途径引起的心肌细胞凋亡,能够显著降低促凋亡基因BAX的表达,升高凋亡基因BCL-2的表达。
线粒体量的改善---山茱萸可以促进线粒体生物发生,改善能量代谢与稳定ROS系统,提高耐缺氧能力;预防给药组显示出对线粒体发生相关基因非常明显的升高作用。
3.山茱萸治疗能够降低GSK-3β,起抗心肌细胞凋亡、抗炎的作用。