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TGF-β_1诱导的大鼠心肌细胞肥大及葛根素干预的实验研究

作　者: 石永英
导　师: 陈敏生
学　校: 广州医学院
专　业: 心血管内科学
关键词: 转化生长因子β1 心肌细胞 肥大 凋亡 Smads通路 葛根素
分类号: R541
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


左室肥厚(Left Ventricular Hypertrophy,LVH)是高血压主要的靶器官损害之一,约有30%的高血压并发左室肥厚。众多研究表明LVH是发生心血管事件的独立危险因素。因此,逆转LVH是高血压治疗的主要目标之一。心肌细胞肥大是左室肥厚的主要病理变化,其发生、发展的分子机制正越来越受到重视。对心肌细胞肥大病理生理过程中细胞内信号转导机制的研究将有助于进一步探讨左室肥厚的发病机制,并为采取积极有效的药物治疗寻找新途径。转化生长因子β1(Transforming growth factor beta 1,TGF-β1)是一种调控细胞生长的重要细胞因子,参与免疫调节、创伤修复、胚胎发生、细胞增殖与凋亡、骨髓造血等调控。研究表明TGF-β1参与了高血压心肌肥厚、冠状动脉粥样硬化、心肌梗死后心力衰竭及心肌病等多种心血管疾病的发生、发展过程。近年研究发现TGF-β1由心肌成纤维细胞在血管紧张素II受体(Angiotensin II Receptor,ATR II)的刺激下,通过内分泌及旁分泌的方式产生,参与心肌细胞肥大、细胞外基质增生及心肌成纤维细胞肥大和增殖的病理生理过程,但其具体机制尚不明确。TGF/Smad (Drosophlia mothers against dpp and Celegans Sma,Smad)通路参与了心肌细胞肥大的过程,其具体作用复杂,且与其他信号通路交错表达,仍有待进一步研究。对TGF-β1在心肌细胞肥大中的作用特点、TGF-β1诱导心肌肥厚时调控核转录的下游信号分子及针对TGF-β1致肥大效应的干预手段等也研究较少。本研究以TGF-β1诱导的新生大鼠心肌细胞体外原代培养为实验模型,从观察药物刺激后心肌细胞的肥大和凋亡效应,并观察细胞内信号转导通路Smads的作用、癌基因p15及c-myc的表达、以及葛根素干预等的影响,旨在从多个角度探讨TGF-β1对心肌细胞肥大中的作用,为左室肥厚的发病机制和临床药物防治提供依据。实验内容主要包括以下三部分:第一部分新生SD大鼠心肌细胞的原代培养及鉴定目的建立新生SD大鼠心肌细胞体外原代培养模型。方法采用胰酶分步消化法、差速贴壁法及化学抑制法分离、纯化新生SD大鼠心肌细胞后作原代培养,采用倒置显微镜、透射电镜观察细胞。结果倒置显微镜下观察原代培养的心肌细胞呈不规则三角形、多边形,多数单个或成团细胞出现自发性搏动。培养的心肌细胞在3～7天内细胞形态和细胞搏动良好。透射电镜下观察心肌细胞线粒体丰富,肌丝排列整齐。结论采用胰酶消化法、差速贴壁法及化学抑制法建立体外原代培养的新生SD大鼠心肌细胞,经倒置显微镜和透射电镜观察证实所培养的细胞为心肌细胞。第二部分TGF-β1诱导的心肌细胞肥大和凋亡及其与Smads通路和癌基因相关蛋白的关系目的1.观察TGF-β1诱导的心肌细胞肥大和凋亡及其相互关系;2.探讨Samds通路在TGF-β1诱导心肌细胞肥大时的作用;3.了解TGF-β1诱导心肌细胞肥大时癌基因相关蛋白p15、c-myc的表达及其与Samds通路的相关性。方法应用不同浓度的TGF-β1(0.1μg/L、1μg/L、3μg/L)分别刺激15min、30min、1h、2h、24h后观察TGF-β1对心肌细胞的影响,单纯DMEM培养液组为空白对照组。TGF-β1诱导孵育24h,采用3H-亮氨酸掺入法检测心肌细胞蛋白合成速率,PI标记细胞内RNA含量,实时荧光定量PCR检测心肌细胞内ANF、α-MHC及β-MHC的mRNA表达,TdT-FragEL染色及FCM检测TGF-β1诱导的心肌细胞凋亡,透射电镜观察心肌细胞形态学变化。TGF-β1(3μg/L)作诱导浓度孵育心肌细胞15min、30min、1h、2h、24h,Western-blot检测Smad2、pSmad2、Smad2/3、p15、c-myc的蛋白表达。同时应用Smad2siRNA与TGF-β1(3μg/L)共孵育2小时和24h,特异性抑制Smads表达后观察心肌细胞蛋白合成速率、心脏胚胎型基因和Smad2的mRNA表达及Smad2、p15和c-myc的蛋白表达。结果1.TGF-β1对心肌细胞的影响1.1 3H-亮氨酸掺入法检测心肌细胞蛋白合成速率TGF-β1刺激心肌细胞24h后,心肌细胞蛋白合成速率均高于空白对照组,呈浓度依赖性(P<0.01)。抑制Smad2后心肌细胞合成速率较TGF-β1组明显下降(P<0.01)。1.2 PI标记的RNA含量检测TGF-β1组PI荧光强度明显高于对照组,其中TGF-β1(3μg/L)组荧光强度最高(92.89±3.12)(P<0.01),呈浓度依赖性(P<0.05)。1.3实时荧光定量PCR检测心肌细胞胚胎型心脏基因与对照组比较,TGF-β1组中ANFmRNA、β-MHCmRNA水平明显增高(1.61±0.14)、(2.28±0.13()P<0.01),呈剂量依赖性;α-MHCmRNA表达相对减少(0.69±0.05)(P<0.01)。1.4 TdT-FragEL染色心肌细胞凋亡对照组心肌细胞凋亡率为(1.3%±0.08%),TGF-β1组心肌细胞凋亡率明显增加,TGF-β1(3μg/L)组凋亡率最高达(9.4%±1.16%)(P<0.01)。1.5 FCM检测心肌细胞凋亡TGF-β1刺激可使心肌细胞凋亡率增加,Caspase-3表达增加,且呈剂量依赖性(P<0.01)。Capase-3表达与心肌细胞凋亡率呈正相关。1.6透视电镜观察心肌肥大和凋亡正常心肌细胞线粒体丰富,细胞核很小。TGF-β1(3μg/L)组心肌细胞线粒体肿胀增大,高尔基体丰富,心肌细胞核及核仁增大变形,异染质丰富,并且部分心肌细胞出现染色质边集或凋亡小体。对照组细胞形态正常,TGF-β1组观察到细胞肥大和凋亡形态同时出现。2. Smads通路表达2.1 Smad2mRNA水平检测心肌细胞中Smad2的mRNA水平在TGF-β1(3μg/L)刺激2h后显著上升,在Smad2基因沉默后较TGF-β1组明显下降(P<0.01)。2.2 Smads蛋白表达空白对照组心肌细胞pSmad2、Smad2/3微量表达,Smad2有少量表达;TGF-β1(3μg/L)刺激后pSmad2、Smad2/3在30min内即表达增加,至1～2h后达高峰,24h开始下降,蛋白表达量均较对照组显著增高(P<0.01)。Smad2在TGF-β1(3μg/L)刺激后有所增加(P<0.05),但与同时段内pSmad2相比,pSmad2增加明显(P<0.01)。抑制Smad2mRNA表达后,心肌细胞pSmad2蛋白水平较TGF-β1对照组明显下降(P<0.01)。心肌细胞蛋白合成速率与Smad2mRNA水平及pSmad2蛋白表达呈正相关(P<0.05)。3. p15及c-myc蛋白表达p15蛋白在对照组中表达极微(0.08±0.02),TGF-β1刺激后24h后p15蛋白表达增加(0.28±0.03)(P<0.01)。TGF-β1刺激后,c-myc表达也增高,作用2小时后表达最高(0.42±0.03)(P<0.01),24h后表达开始下降。与TGF-β1组相比,抑制Smad2表达后,p15蛋白降低(P<0.01),c-myc无明显改变(P>0.05)。心肌细胞蛋白合成速率与c-myc、p15蛋白表达呈正相关(P<0.05)。结论1. TGF-β1诱导大鼠心肌细胞肥大的同时也诱导心肌细胞凋亡增加。2. TGF-β1诱导心肌细胞肥大的过程中Smad2蛋白磷酸化显著增高,Smad2/3、Smad2表达也增加。3. TGF-β1诱导心肌细胞肥大时伴随原癌基因c-myc和抑癌基因p15的蛋白表达增加;p15是Smad2通路的下游信号分子。第三部分葛根素对TGF-β1诱导心肌细胞肥大的干预研究目的1.观察葛根素对TGF-β1诱导的心肌细胞肥大和凋亡的影响;2.观察葛根素、Smad2siRNA对Smad2、p15、c-myc表达的影响;探讨葛根素对心肌细胞肥大的作用机制。方法葛根素(0.g1/L、1g/L、5g/L)或Smad2siRNA分别与TGF-β1(3μg/L)共同诱导培养心肌细胞24h后,采用3H-亮氨酸掺入法检测心肌细胞蛋白合成速率,实时荧光定量PCR检测心肌细胞内ANF、α-MHC及β-MHC的mRNA水平, FCM检测心肌细胞凋亡率。Western-blot检测分别培养2h及24h后Smad2、pSmad2、Smad2/3、p15、c-myc的表达。结果1.葛根素可明显改善TGF-β1诱导的心肌细胞肥大,葛根素干预后心肌细胞3H-掺入量为(20463.10±3052.15),比TGF-β1组(48625.18±3325.47)明显下降(P<0.01)。Smad2siRNA也可有效干预心肌细胞肥大(28675.08±2168.34),两组比较葛根素组干预更为明显(P<0.01)。2.经葛根素干预后,心肌细胞ANFmRNA、β-MHCmRNA水平较TGF-β1对照组下降,并且葛根素组(1.41±0.15、2.36±0.14)较Smad2siRNA组下降更明显(1.83±0.12、3.85±0.23)(P<0.01)。3.葛根素与TGF-β1共孵育24h后,可明显降低TGF-β1诱导的心肌细胞凋亡率(12.54%±1.12%),其中葛根素(5g/L)+TGF-β1(3μg/L)组凋亡率最低(2.83%±0.40%),呈剂量依赖性(P<0.01)。葛根素干预后Caspase-3水平明显下降,呈剂量依赖性(P<0.01)。4.与TGF-β1对照组相比,葛根素的干预使Smad2mRNA、pSmad2蛋白表达均明显下降(P<0.01),p15蛋白表达下降(P<0.01),c-myc表达无明显改变(P>0.05)。Smad2siRNA干预后,Smad2mRNA、pSmad2蛋白表达较葛根素组下降更明显(P<0.01),但对c-myc、p15的作用与葛根素组相比无明显差别(P>0.05)。结论1.葛根素可有效改善TGF-β1诱导的心肌细胞肥大和细胞凋亡;葛根素可通过明显降低Smad2磷酸化而改善心肌细胞肥大。2.葛根素干预可下调TGF-β1诱导下心肌细胞中p15的表达,而c-myc表达则无明显改变;3. Smad2siRNA也可有效干预心肌细胞肥大,两者比较葛根素干预效果更为明显。

全文目录


中英文词汇对照表  4-7
中文摘要  7-12
ABSTRACT  12-17
前言  17-22
  参考文献  19-22
第一部分 新生SD 大鼠心肌细胞的原代培养及鉴定  22-28
  一、研究目的  22
  二、材料与方法  22-24
  三、结果  24-25
  四、讨论  25
  参考文献  25-27
  附图  27-28
第二部分 TGF-β_1诱导的心肌细胞肥大和凋亡及其与SMADS 通路和癌基因相关蛋白的关系  28-61
  一、研究目的  28-29
  二、材料和方法  29-38
  三、结果  38-47
  四、讨论  47-51
  小结  51-52
  参考文献  52-57
  附图  57-61
第三部分 葛根素对TGF-β_1诱导心肌细胞肥大的干预研究  61-74
  一、研究目的  61
  二、材料和方法  61-63
  三、结果  63-68
  四、讨论  68-69
  小结  69-70
  参考文献  70-72
  附图  72-74
全文结论  74-75
综述  75-85
致谢  85-86

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中图分类: > 医药、卫生 > 内科学 > 心脏、血管（循环系）疾病 > 心脏疾病
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