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内源性一氧化氮合酶抑制物与内皮细胞通讯功能障碍及(口山)酮的保护作用

贾素洁  
【摘要】: 动脉粥样硬化(AS)是冠心病发病的主要原因,目前研究认为血管内皮受损在AS发生发展中起关键作用。一氧化氮(NO)主要由NO合酶(NOS)催化L-精氨酸转化而来,在维持血管结构和功能中起重要作用,被认为是一个关键的内源性抗AS分子。 近期研究发现,体内存在内源性NOS抑制物非对称二甲基精氨酸(ADMA),能减少NO合成,进而损伤内皮功能。ADMA还能诱导氧化应激和炎症因子生成,促进内皮损伤等,可能是一个新的内源性致AS分子。二甲基精氨酸-二甲胺水解酶(DDAH)是ADMA的代谢酶,其活性下降是体内ADMA累积的主要原因。抗氧化药维生素E、普罗布考等的抗AS作用与增加DDAH活性,降低ADMA水平有关,提示DDAH/ADMA通路可能是AS防治的新靶点。 本论文在细胞和动物水平系统探讨了ADMA致内皮功能不全的作用机制、DDAH/ADMA通路在AS形成和防治中的作用及抗氧化药物(口山)酮的抗AS作用。 第一章ADMA促动脉粥样硬化作用的研究 第一节ADMA促动脉粥样硬化形成的作用 研究背景 研究显示,间隙连接通讯(GJIC)功能改变在AS发病机制中具有一定意义。GJ由细胞质膜上的蛋白质亚单位—间隙连接蛋白(Cxs)相互衔接而成。血管内皮的自稳态及生理功能的维持,都依赖于内皮GJIC介导的信息交换和协同反应。研究表明,Cx43的表达、空间分布及结构变化以及其引起的GJIC功能变化可能在AS发病机制中具有一定意义。对内皮细胞GJIC功能和Cx43表达的影响是多种AS危险因素致内皮功能不全的机制。 大量研究表明,多种因素均可通过增加细胞内氧自由基生成,氧化Cx或者改变其所在膜环境诱发Cx构象改变,导致GJIC功能障碍。基于氧化应激是导致GJIC功能障碍的重要原因以及内源性ADMA能诱发氧化应激,我们推测ADMA可能通过致氧化作用氧化Cx43导致GJIC功能障碍,进而促进AS发生发展。 方法 实验设4组(n=8):①野生型C57BL/6J小鼠组;②野生型C57BL/6J小鼠外源性ADMA处理组;③ApoE基因缺陷(ApoE~(-/-))小鼠组;④ApoE~(-/-)小鼠外源性ADMA处理组。ADMA(5 mg/kg)每日皮下注射。4周后,眼眶取血,离心,分离血浆,检测血浆对氧磷酶(PON1)活性、ADMA(HPLC法)浓度;开胸,迅速分离主动脉,观察动脉粥样损伤(苏丹红染色法)及主动脉内皮Cx43蛋白表达(免疫组化法)。 结果 ApoE~(-/-)小鼠动脉粥样斑块明显,同时伴有血浆ADMA水平升高;给予外源性ADMA(5 mg/kg,4w)可进一步增加ApoE~(-/-)小鼠及野生型小鼠血浆ADMA水平,同时显著增加ApoE~(-/-)小鼠动脉粥样斑块面积及促进野生型小鼠动脉粥样损伤形成;ApoE~(-/-)小鼠血浆PON1活性显著降低,外源性给予ADMA可明显抑制野生型小鼠和ApoE~(-/-)小鼠血浆PON1活性;同时,外源性ADMA可以显著降低野生型和ApoE~(-/-)小鼠主动脉内皮Cx43表达。 结论 ADMA是AS形成的重要促进物,其作用可能与下调内皮细胞Cx43表达,进而抑制间隙连接细胞间通讯功能有关。 第二节NADPH氧化酶介导溶血性磷脂酰胆碱诱发的ADMA升高 研究背景 内皮功能紊乱与氧化应激密切相关。活性氧(ROS)在氧化应激中起重要作用。NADPH氧化酶途径是内皮细胞活性氧的重要来源。研究表明,内皮细胞增殖及凋亡,缺氧/复氧损伤和NO介导的内皮舒张功能障碍均涉及NADPH氧化酶活性变化。 ADMA与血管内皮功能密切相关。多种刺激因素包括氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)均可诱导ADMA生成。已知溶血性磷脂酰胆碱(LPC)是ox-LDL的主要成分,能诱导ADMA生成,并能激活NADPH氧化酶诱发氧化应激。因此,本实验探讨了LPC诱导的ADMA升高是否通过NADPH氧化酶途径诱发氧化应激,进而影响ADMA代谢酶活性而发挥作用。 方法 将人脐静脉内皮细胞(HUVEC-12)分为:正常对照组;LPC(10mg/L)损伤组;LPC+NADPH氧化酶抑制剂DPI(100和300μM)组;LPC+黄嘌呤氧化酶抑制剂别嘌呤醇(100μM)组。LPC处理前1 h加入药物,细胞培养相应时间后,收集细胞,提取蛋白,检测PRMT I表达(Western blot)、DDAH活性(HPLC法)及细胞内ROS水平(荧光法);收集细胞培养液,测定NO(Griess法)和ADMA(HPLC法)浓度;MTT法检测细胞活性。 结果 LPC(10 mg/L)孵育内皮细胞可显著增加细胞内ROS含量,降低内皮细胞活性;降低细胞培养液中NO水平和升高ADMA水平;上调PRMT蛋白表达和降低DDAH活性。预先给予DPI(100和300μM)能显著抑制LPC诱导的上述作用。而别嘌呤醇(100μM)对LPC的作用没有显著影响。药物本身对上述指标没有影响。 结论 LPC诱发ADMA水平增高与其升高NADPH氧化酶活性,进而上调PRMT表达及降低DDAH活性有关。 第三节ADMA对细胞通讯功能的影响 研究背景 内皮细胞功能完整性的维持需要各个细胞间活动的高度协调,GJIC在其中发挥重要作用。在人脐静脉内皮细胞主要表达Cx43。研究发现,AS发生发展与内皮细胞间GJIC功能缺陷密切相关,Cx43的表达、空间分布以及结构变化对AS具有重要调控作用。 LDL是促进AS斑块发生的主要脂质成分,可诱发内皮细胞功能和结构的改变。LDL所诱发的内皮功能不全中,ADMA起重要介导作用。研究发现,LDL所致内皮细胞间GJIC功能改变可能是其致AS的重要机制之一。本实验在细胞水平观察了LPC对内皮细胞GJIC功能和Cx43表达的影响。 体内90%以上ADMA经组织细胞中DDAH代谢。DDAH存在DDAH1和DDAH2两种亚型,其中DDAH2主要分布于表达内皮型NOS和诱导型NOS的血管组织,是心血管系统ADMA的主要代谢酶。我们利用基因转染技术,建立了过表达DDAH2的内皮细胞,进一步探讨了DDAH/ADMA通路在LPC所致GJIC功能和Cx43表达改变中的作用。 方法 (1) LPC对人脐静脉内皮细胞GJIC功能的影响及DDAH/ADMA通路的作用 在正常细胞、空载体转染细胞及DDAH2过表达细胞,分别设立空白对照组;LPC处理组,加入LPC(10 mg/L)孵育内皮细胞24 h;LPC+NADPH氧化酶抑制剂diphenyliodioum(DPI,100μM)组;LPC+黄嘌呤氧化酶抑制剂别嘌呤醇(100μM)组。 (2) ADMA调节GJIC及Cx43表达的机制 用不同浓度ADMA处理内皮细胞不同时间,观察Cx43表达变化。 ①NADPH氧化酶在ADMA调节Cx43表达中的作用 空白对照组;ADMA处理组,ADMA(10μM,4 h)孵育内皮细胞;ADMA+DPI(100μM)组;ADMA+PDTC(10μM)组;ADMA+别嘌呤醇(100μM)组。加入药物30 min后,再加入ADMA(10μM)孵育4 h。 ②p38MAPK在ADMA调节Cx43表达中的作用 空白对照组;ADMA处理组,ADMA(10μM,20 min)孵育内皮细胞;ADMA+DPI(100μM)组;ADMA+p38MAPK抑制剂SB203580(20μM)组;ADMA+PDTC(10μM)组。加入药物30 min后,再加入ADMA(10μM)孵育20 min。 ③PKC在ADMA调节Cx43表达中的作用 空白对照组;ADMA处理组,ADMA(10μM,24 h)孵育内皮细胞;ADMA+DPI(100μM)组;ADMA+PDTC(10μM)组;ADMA+PKC阻断剂H7(10μM)组。加入以上药物30 min后,再加入ADMA(10μM)孵育24 h。PKC激动剂12-O-tetradecanoylpforbal 13-acetate(TPA)组,加入终浓度为100 nM的TPA孵育内皮细胞1 h。 结果 1.转染DDAH2基因的HUVECs DDAH2表达较正常和空载体转染细胞均有不同程度的升高。 2.与正常对照组和空载体转染组相比,过表达DDAH2可显著提高人脐静脉内皮细胞细胞活性、降低细胞内活性氧水平和ADMA浓度。 3.过表达DDAH2的人脐静脉内皮细胞GJIC功能显著升高,同时伴有Cx43表达上调。 4.LPC可抑制内皮细胞间GJIC并降低Cx43表达,此种作用与激活NADPH氧化酶进而促进活性氧生成有关;过表达DDAH2可显著抑制LPC的作用。 5.ADMA可以剂量和时间依赖性抑制内皮细胞间GJIC及降低Cx43表达,NADPH氧化酶抑制剂、p38MAPK抑制剂及蛋白激酶C阻断剂可以抑制ADMA的作用。 结论 DDAH/ADMA通路介导了LPC对内皮细胞GJIC及Cx43的调节作用,其机制可能涉及活性氧—p38MAPK途径。 第二章(口山)酮抗动脉粥样硬化作用及其机制研究 研究背景 LDL所致内皮细胞间GJIC功能改变可能是其致AS的重要机制。LDL及其氧化产物可以剂量依赖性抑制人脐静脉内皮细胞及血管平滑肌细胞GJIC功能。近年实验表明,AS等多种心血管疾病血管功能不全与ADMA水平升高有关。LDL及ox-LDL是AS时ADMA浓度升高的主要原因,并且ADMA浓度升高也是LDL致内皮功能不全的重要介导因素。多种药物通过降低ADMA浓度可拮抗LDL及ox-LDL的作用。 (口山)酮是普遍存在于植物中的一类多酚类化合物,具有强效的抗炎、抗氧化及保护血管内皮作用。此外,多酚类某些化合物具有降血脂作用。3,4,5,6-四羟基(口山)酮是我院药物化学系合成的新型(口山)酮单体化合物。我室以前工作证明,3,4,5,6四羟基(口山)酮对血管内皮细胞与缺血心肌具有保护作用。本实验在在体动物和离体细胞水平,系统研究了(口山)酮对血脂和AS进展的影响及其与内皮细胞GJIC的关系。 实验分两个部分:1)在高胆固醇血症大鼠,观察(口山)酮对高胆固醇血症的防治作用;2)在ApoE~(-/-)小鼠,观察3,4,5,6-四羟基(口山)酮对AS进展的影响及其与内皮细胞GJIC的关系;在培养的内皮细胞进一步探讨3,4,5,6-四羟基(口山)酮对LPC作用的影响及机制。 第一节(口山)酮对高胆固醇血症大鼠血脂的影响 方法 实验分预防性给药和治疗性给药两部分。在预防性给药实验,提前两天给予大鼠三个剂量(口山)酮(10、30和90 mg/kg),然后再灌以高胆固醇乳剂,连续十天;在治疗性给药实验,给予大鼠高脂饮食一个月后,再按血脂水平将高胆固醇大鼠随机分组,给予不同剂量(口山)酮(10、30和90 mg/1(g),连续3周。末次给药后禁食12 h,取血检测血脂及丙二醛水平。 结果 预防性或治疗性给予(口山)酮均能降低高胆固醇血症大鼠血清总胆固醇和低密度脂蛋白水平。治疗性给药实验中,(口山)酮能显著降低血清丙二醛水平。 结论 (口山)酮可降低高胆固醇血症大鼠血脂水平,此作用可能与其抗氧化作用有关。 第二节(口山)酮对Cx43表达的影响及机制 方法 1动物实验 实验分4组(n=8):①野生型C57BL/6J小鼠组;②ApoE~(-/-)小鼠组;③低剂量(口山)酮组,给予ApoE~(-/-)小鼠(口山)酮(10 mg/kg);④高剂量(口山)酮组,给予ApoE~(-/-)小鼠(口山)酮(20 mg/kg)。(口山)酮每日灌胃给药。4周后,眼眶取血,分离血浆,检测血浆PON1活性、血脂和ADMA(HPLC法)浓度;分离主动脉,观察动脉粥样损伤(苏丹红染色法)及Cx43表达(免疫组化)。 2细胞实验 实验分组:空白对照组;LPC处理组:LPC(10 mg/L)孵育内皮细胞相应时间;LPC+不同剂量3,4,5,6-四羟基(口山)酮处理组,加入终浓度为1,3,10μM(口山)酮30 min后,再加入LPC(10 mg/L)孵育相应时间。MTT法检测细胞活性,荧光法检测细胞内活性氧水平,RT-PCR和Western blot分别检测Cx43 mRNA及蛋白水平。 结果 在ApoE~(-/-)小鼠,(口山)酮可显著提高血浆PON1活性,降低血浆ADMA水平,上调Cx43表达;在培养的内皮细胞,(口山)酮可显著抑制LPC诱导的细胞活性降低,活性氧生成增多及Cx43表达下调。 结论 3,4,5,6-四羟基(口山)酮可抑制AS发展,其机制与降低ADMA水平,改善内皮细胞GJIC功能有关。


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