全 文 ：中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 43 卷 第 3 期 2012 年 3 月

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黄芪多糖对脂多糖诱导大鼠心肌细胞肥大的保护作用
周振华 1，王洪新 1*，赵素玲 1，喻晓春 2，张 晶 1，宋 莹 1
1. 辽宁医学院 分子生物学与新药开发重点实验室，辽宁 锦州 121001
2. 中国中医科学院 实验中心，北京 100700
摘 要：目的 研究黄芪多糖对脂多糖（LPS）诱导的大鼠心肌细胞肥大的保护作用。方法 新生 1～2 d 的 SD 大鼠心肌细
胞培养 48 h 后，设对照组，模型组，黄芪多糖低、中、高质量浓度（1、10、100 mg/L）组。计算机图像分析系统测量细胞
体积；RT-PCR 法检测心房利钠多肽（ANP）mRNA 的表达；ELISA 法检测细胞肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的量；采用 Fluo-3/Am
荧光染色剂负载细胞，在激光共聚焦显微镜下测定细胞内钙离子浓度（[Ca2+]i）的瞬间变化。结果 与对照组相比，LPS 1 mg/L
可使心肌细胞体积显著增大，ANP mRNA 的表达显著增强，细胞分泌 TNF-α蛋白的量显著增加，心肌细胞内[Ca2+]i 瞬间峰
值增大（P＜0.01）。与模型组相比，黄芪多糖 1、10、100 mg/L 预先给药均可抑制心肌细胞体积增大；细胞产生的 TNF-α
显著减少，ANP mRNA 的表达不同程度地减少（P＜0.05），其中 10、100 mg/L 组这两项指标可恢复到对照组的水平（P＞
0.05）；黄芪多糖 10 mg/L 可拮抗 LPS 对正常心肌细胞内[Ca2+]i 瞬间变化幅度增大的作用（P＜0.01）。结论 黄芪多糖对 LPS
诱导的乳鼠心肌细胞肥大有良好的保护作用，其机制可能与抑制 TNF-α的产生、降低[Ca2+]i 有关。
关键词：黄芪多糖；脂多糖；心肌细胞肥大；肿瘤坏死因子-α；钙离子；心房利钠多肽
中图分类号：R282.710.5；R972.9 文献标志码：A 文章编号：0253 - 2670(2012)03 - 0524 - 05
Protection of astragalus polysaccharide on lipopolysaccharide-induced cardiac
myocytes hypertrophy of rats
ZHOU Zhen-hua1, WANG Hong-xin1, ZHAO Su-ling1, YU Xiao-chun2, ZHANG Jing1, SONG Ying1
1. Key Laboratory of Molecular Biology and New Drug Research, Liaoning Medical College, Jinzhou 121001, China
2. Experimental Research Center, China Academy of Chinese Medical Sciences, Beijing 100700, China
Abstract: Objective To investigate the protective effect of astragalus polysaccharide (APS) on lipopolysaccharide (LPS)-induced
cardiac myocytes hypertrophy of rats and its mechanism. Methods Cardiac myocytes of 1—2 d neonatal SD rats were cultured 48 h
in vitro, and divided into control, model (LPS 1 mg/L) group, APS low-, middle-, and high- (1, 10, and 100 mg/L) groups. The
cardiomyocyte volume was assayed by computer photograph analysis; atrial natriuretic peptide (ANP) mRNA expression was
measured by RT-PCR; and tumor necrosis factor-α (TNF-α) level was determined by ELISA. The transient peak change of intracellular
calcium concentration ([Ca2+]i) was measured by using Fluo-3/Am fluorescent dye load cell under laser confocal microscope. Results
Compared with control group, LPS 1 mg/L could make the volume of myocardial cells, ANP mRNA expression, the release of TNF-α
protein, and [Ca2+]i transient peak increase significantly (P < 0.01). Compared with the LPS model group, APS pre-administrated at the
concentrations of 1, 10, and 100 mg/L could inhibit myocardial cell volume increase, while cells of TNF-α were significantly reduced,
ANP mRNA expression decreased in varying degrees (P < 0.05). APS 10 and 100 mg/L groups could be restored to normal levels of the
control group (P > 0.05) and APS 10 mg/L could antagonize transient changes in amplitude increase of [Ca2+]i in normal cardiac
myocytes (P < 0.01). Conclusion APS does have a good protection on cultured cardiac myocytes hypertrophy and its mechanism
may be related to the inhibition of [Ca2+]i.
Key words: astragalus polysaccharide (APS); lipopolysaccharide (LPS); cardiac myocytes hypertrophy; tumor necrosis factor-α (TNF-α);
calcium ion; atrial natriuretic peptide (ANP)

黄芪多糖为黄芪的主要活性成分之一，具有免
疫调节、抗肿瘤、修复神经损伤、延缓细胞衰老、
抑菌和抗病毒等作用[1-3]。脂多糖（LPS）是诱导心
肌细胞释放炎症细胞因子的一个强效刺激因素，其

收稿日期：2011-09-19
基金项目：国家自然科学基金资助项目（30973898/C190702）
作者简介：周振华（1983—），男，硕士，主要研究方向为心血管药理。
*通讯作者 王洪新 Tel: 18641637333 E-mail: jyhxwang@163.com
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首先与 LPS 结合蛋白（LBP）相结合，再传递给单
核细胞和巨噬细胞表面的特异性受体 CD14，形成
LPS/LBP/CD14 复合物，该复合物与 Toll 样受体 4
（TLR4）相互作用，启动细胞内几种信号通路，诱
导一系列炎症因子的表达[4]，进而促进心肌细胞肥
厚，恶化心肌收缩功能以及诱导心肌细胞凋亡。有
研究显示，黄芪多糖对 LPS 诱导的大鼠腹腔巨噬细
胞产生肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1
（IL-1）有不同程度的抑制作用，表明其可通过抑制
炎症因子的分泌，进而减少组织细胞的损伤来发挥
其对机体的保护作用[5]。黄芪多糖能够改善糖尿病
模型大鼠的物质代谢，降低心肌钙的量，对心肌超
微结构有保护作用[6]。本实验采用 LPS 诱导 SD 乳
鼠心肌细胞肥大，研究黄芪多糖对心肌肥大的保护
作用及其可能机制。
1 材料
1.1 药品与试剂
黄芪多糖，陕西森弗生物技术有限公司，批号
HQ090312，质量分数 98%。LPS，Sigma公司；DMEM
培养基，Gibco 公司；胎牛血清，杭州四季青生物
工程材料有限公司；Fluo-3/Am，江苏碧云天生物工
程公司；大鼠肿瘤坏死因子-α（TNF-α）ELISA 检
测试剂盒，研域（上海）化学试剂有限公司；RT-PCR
试剂盒，大连宝生物工程有限公司。
1.2 动物
1～3 日龄的 SD 大鼠，雌雄不限，由辽宁医学
院实验动物中心提供，动物合格证号：SCXK（辽）
2003-0007。
1.3 仪器
超净工作台，江苏吴县市净化技术研究所；CO2
孵箱，美国 Sheldon Manufacturing Inc 公司；XD—
101 型倒置显微镜，日本 Olympus 公司；79—1 磁
力加热搅拌器，江苏金坛中大仪器厂；TDL—4 型
离心机，上海安亭科学仪器厂；DNM—9602G 酶标
分析仪，北京普朗新技术有限公司；X-chart 软件分
析系统，德国公司；Leica TCS-NT 激光共聚焦显微
镜，德国 Leica 公司；倒置相差显微镜，日本 Canon
公司。
2 方法
2.1 乳鼠心肌细胞培养
乳鼠用 75%乙醇消毒皮肤，无菌取出心脏，用
D-Hanks 液洗去血液，除去与心脏相连的大血管及
心房组织后，用眼科剪将其剪成 1 mm3 大小的组织
块，加入 0.08%胰蛋白酶，反复吹打后于 37 ℃恒
温消化 10 min，弃上清液，再加入 0.08%胰蛋白酶
消化 3～4 次，每次 10 min。收集消化完毕的细胞
置于含有 15%小牛血清和 85%低糖 DMEM 的培养
瓶中，放入 37 ℃、5% CO2 培养箱中培养 90 min，
将未贴壁的心肌细胞悬液用吸管吸出，根据实验需
要的细胞密度接种于合适的培养皿中。
2.2 分组和给药
将实验用细胞再常规培养 48 h 后分为对照组、
模型组与黄芪多糖低、中、高质量浓度组。对照组
不做任何处理，模型组用 LPS 1 mg/L 作用乳鼠心肌
细胞，黄芪多糖低、中、高质量浓度组分别用黄芪
多糖 1、10、100 mg/L 孵育乳鼠心肌细胞 30 min 后，
再加入 LPS 1 mg/L。
2.3 形态学观察
各组原代培养心肌细胞经过相应处理后，在相
差倒置显微镜（×200）下观察形态学变化。
2.4 心肌细胞体积的测定
接种于 24 孔培养板的心肌细胞经“2.2”项方
法分组和处理，继续培养 24 h 后，吸出培养板各孔
的培养液（15%小牛血清和 85%低糖 DMEM），用
PBS 缓冲液快速冲洗培养孔 3 次，每孔加入 1 g/L
的胰蛋白酶 0.3 mL，放入 37 ℃恒温箱中培养 10
min，随后每孔加入含 0.1%血清的培养基 0.2 mL 终
止消化，收集细胞注入一细胞室内（该细胞室底部
是一经硅化的盖玻片，以防心肌细胞贴壁），在倒置
显微镜（×400）下观察其中的细胞几乎均呈球形。
用计算机 CIAS 大恒细胞图像分析系统测量单个细
胞的直径，计算细胞体积。每孔随机选择 4 个视野，
每个视野测 20 个细胞。
2.5 心肌细胞心房利钠多肽（ANP）mRNA 表达的
测定
将心肌细胞 1×105/mL 接种于 6 孔板中，经
“2.2”项方法分组和处理，继续培养 24 h 后，弃去
培养液，PBS 洗涤 2 次，加入 Trizol 试剂完全裂解
细胞，收集细胞裂解液，取 1 mL，氯仿抽提，异丙
醇沉淀，回收总 RNA，贮存于−70 ℃待用。以 1%
琼脂糖凝胶电泳和紫外分光光度计（A260/A280）鉴定
RNA 纯度和浓度。取约 1 μg 总 RNA，进行反转录。
反转录条件为：42 ℃、60 min，99 ℃、2 min，4 ℃
保存。ANP 的引物序列（5’-3’）为 GGCTCC
TTCTCCATCACCAATGTTATCTTCGGTACCG，内
参 GAPDH 的引物序列（5’-3’）为 CAAAGTT
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GTCATGGATGACCATGGAGAAGGCTGGG。得出
ANP 的片段长度为 458 bp,内参 GAPDH 的片段长
度为 198 bp。灭菌水溶解并配制成 100 μmol/L 的上
下游引物混合液，使用浓度为 20 μmol/L。PCR 反
应条件：预变性 94 ℃、4 min，变性 94 ℃、45 s，
退火 60 ℃、45 s，延伸 72 ℃、45 s，终末延伸 72
℃、5 min，4 ℃终止，20 个循环。循环扩增结束
后，取 6 μL 产物进行 2%琼脂糖凝胶电泳。电泳结
束后，置于凝胶成像系统进行观察和分析。
2.6 心肌细胞内 TNF-α的测定
接种于 24 孔板的心肌细胞按照“2.2”项下方
法分组和处理后，继续培养 6 h，培养结束后收集细
胞上清液，严格按照 ELISA 试剂盒说明书测定细胞
上清液中 TNF-α的量，以此反映心肌细胞的 TNF-α
蛋白表达水平。
2.7 心肌细胞[Ca2+]i 瞬间变化的测定
将细胞按 1×105/mL 密度接种于激光共聚焦专
用培养皿，无血清 DMEM 培养液培养 48 h 后分两
组，对照组不做任何处理，黄芪多糖组加入黄芪多
糖 10 mg/L，细胞孵育 30 min 后取出。将细胞用
D-Hanks 液洗 3 次，用终浓度为 5 μmol/L 的
Fluo-3/AM 在 37 ℃避光培养 30 min，然后吸出染
液，再以 D-Hanks 液洗涤 3 次，每孔加入 0.4 mL
的 D-Hanks 液，用于下列的各项检测。将培养皿置
于 ACAS 570 载物台上，在激光共聚焦显微镜下动
态扫描细胞内荧光强度的变化，激发波长 488 nm，
发射波长 530 nm，扫描方式为时间扫描，激光功率
为 30 mW，物镜倍数为 20，时间间隔 2 s，连续扫
描一段时间。对同一细胞先扫描记录一段正常波动
曲线，再加入 LPS 1 mg/L，记录细胞内荧光强度的
变化并由计算机进行处理。共聚焦系统由 Leica 公
司提供的软件控制，每孔选 2～3 个视野，以平均荧
光强度变化间接反映细胞[Ca2+]i 的相对水平。
2.8 数据处理
数据采用 q 检验，多组间差异检验采用单因素
方差分析，统计数据以 SPSS 13.0 软件进行分析，
数据以 sx ± 表示。
3 结果
3.1 对乳鼠心肌细胞形态的影响
乳鼠心肌细胞培养 48 h 后，贴壁牢固，生长
良好，细胞形态呈梭形、不规则三角形或多边形。
经 LPS 1 mg/L 处理 24 h 后，乳鼠心肌细胞表面积
和体积均显著增大。乳鼠心肌细胞预先与黄芪多糖
1、10、100 mg/L 培养 30 min 后，再经过 LPS 处
理 24 h，心肌细胞肥大程度有不同程度的降低。结
果见图 1。

图 1 黄芪多糖对 LPS 处理 24 h 后心肌细胞形态的影响
Fig. 1 Effects of APS on morphology of cardiac myocytes after treatment for 24 h by LPS
3.2 对乳鼠心肌细胞体积的影响
与对照组比较，模型组乳鼠心肌细胞体积明显
增大（P＜0.01）。与模型组比较，黄芪多糖 1 mg/L
组能有效抑制乳鼠心肌细胞体积的增大（P＜0.01），
但仍与对照组有差异（P＜0.05）；黄芪多糖 10、100
mg/L 组均能更有效地抑制心肌细胞体积增大（P＜
0.01），并与对照组相比无显著差异（P＞0.05）。结
果见表 1。
3.3 对LPS诱导的乳鼠心肌细胞ANP mRNA表达
的影响
在 1 mg/L 的 LPS 作用下，乳鼠心肌细胞中
表 1 黄芪多糖对 LPS 诱导的心肌细胞体积增大的影响
( ± = 8x s , n )
Table 1 Effect of APS on increase of cell size in cardiac
myocytes induced by LPS ( ± = 8x s , n )
组 别 ρ / (mg·L−1) 细胞体积 / μm3
对照 － 998±182
模型 － 2 581±165**
黄芪多糖 1 1 542±171*##
10 1 302±138##
100 1 177±156##
与对照组比较：*P＜0.05 **P＜0.01；与模型组比较：##P＜0.01；下表同
*P<0.05 **P<0.01 vs control group; ##P<0.01 vs model group; same as below

对照 模型 黄芪多糖 1 mg·L−1 黄芪多糖 10 mg·L−1 黄芪多糖 100 mg·L−1
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ANP mRNA 的表达水平明显高于对照组，差异显著
（P＜0.01）。经黄芪多糖 1、10、100 mg/L 预处理
后再给予 LPS 刺激的乳鼠心肌细胞 ANPmRNA 的
表达水平与模型组相比均有显著的下降（P＜0.01），
其中黄芪多糖 1 mg/L 组仍高于对照组（P＜0.01），
而黄芪多糖 10、100 mg/L 与对照组相比则无统计
学意义（P＞0.05）。结果见图 2 和表 2。

图 2 黄芪多糖对心肌细胞中 ANP mRNA 表达的影响
Fig. 2 Effects of ASP on ANP mRNA expression
in cardiac myocytes
表 2 黄芪多糖对 LPS 诱导的心肌细胞 ANP mRNA 表达的
影响 ( ± = 6x s , n )
Table 2 Effects of ASP on ANP mRNA expression in cardiac
myocytes induced by LPS ( ± = 6x s , n )
组 别 ρ / (mg·L−1) ANP / GAPDH
对照 － 3.74±0.26
模型 － 8.05±0.45**
黄芪多糖 1 5.29±0.21**##
10 4.01±0.14##
100 3.85±0.15##

3.4 对 LPS 诱导的心肌细胞TNF-α蛋白水平的影响
与对照组比较，模型组乳鼠心肌细胞中 TNF-α
蛋白的量明显升高，差异显著（P＜0.01）。与模型
组相比，黄芪多糖 1、10、100 mg/L 组有效抑制
TNF-α蛋白的表达（P＜0.01），质量浓度为 10、100
mg/L 时与对照组相比无显著差异（P＞0.05）。结果
见表 3。
3.5 对LPS诱导的心肌细胞[Ca2＋]i瞬间变化的影响
与 0 s 时相比，对照组的心肌细胞[Ca2＋]i 在加
药（100 s）前无明显波动（P＞0.05）；在 100 s 时
加入诱导剂 LPS 后，[Ca2＋]i 迅速并持续升高；200 s
时差异显著（P＜0.01），在 300 s 时达峰值（P＜
0.01）。与 0 s 时相比，黄芪多糖 10 mg/L 组的心肌
细胞[Ca2＋]i在加入 LPS 前波动不大，到 100 s 加入
LPS 时也无明显差异（P＞0.05），之后[Ca2＋]i 出现
一定波动，200 s 时有显著差异（P＜0.01），但随后
又逐渐回复至正常状态（P＞0.05）。与对照组相比，
黄芪多糖组在加入LPS前的[Ca2＋]i水平无明显变化
（P＞0.05），而加入 LPS 后差异显著（P＜0.01）。结
果见图 3 和表 4。
表 3 黄芪多糖对 LPS 诱导的心肌细胞 TNF-α 蛋白表达的
影响 ( ± = 6x s , n )
Table 3 Effect of APS on TNF-α protein expression in
cardiac myocytes induced by LPS ( ± = 6x s , n )
组 别 ρ / (mg·L−1) TNF-α / (pg·mL−1)
对照 － 18.3±4.8
模型 － 72.9±3.5**
黄芪多糖 1 31.6±6.9*##
10 23.4±2.7##
100 19.3±5.1##

图 3 LPS(A)和黄芪多糖(B)对心肌细胞[Ca2+]i瞬间变化的影响
Fig. 3 Effect of LPS (A) and APS (B) on [Ca2+]i
transient change in cardiac myocytes
4 讨论
心肌肥厚的发生是一个复杂过程，是在多种病
理作用如心肌梗死、高血压、瓣膜功能不全、传染
性病原体和内分泌失调的刺激下产生的。在这些刺激
作用下，心肌细胞体积增大，心脏质量增加以维持心



7
6
5
4
3
2
1
0 50 100 150 200 150 300 350
荧
光
强
度

A
↓
LPS 1 mg·L−1
7
6
5
4
3
2
1
荧
光
强
度

0 50 100 150 200 150 300 350
B
↓
LPS 1 mg·L−1
t / s

100 bp
200 bp
300 bp
400 bp
500 bp
GAPDH
ANP
Marker 对照 模型 1 10 100
黄芪多糖 / (mg·L−1)
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表 4 黄芪多糖对 LPS 诱导的心肌细胞 [Ca2+]i 瞬间变化的影响 ( ± = 8x s , n )
Table 4 Effect of APS on [Ca2+]i transient change in cardiac myocytes induced by LPS ( ± = 8x s , n )
荧光强度 组 别 ρ / (mg·L−1)
0 s 100 s 200 s 300 s
对照 － 1.13±0.20 1.39±0.34 5.72±0.29** 7.09±0.14**
黄芪多糖 10 1.22±0.12 1.42±0.35 3.67±0.35**## 1.44±0.30##
与 0 s 时比较：**P＜0.01；与对照组比较：##P＜0.01
**P<0.01 vs 0 s; ##P<0.01 vs control group
脏正常的泵血功能。尽管心肌肥厚代表了一种适应性
反应，但长期持续性心肌肥厚会诱发心脏发生失代偿
反应，继而容易发展成心力衰竭甚至猝死[7-8]。
LPS 是革兰氏阴性菌的主要致病成分，能够对
机体造成广泛的损害和影响，心脏是最容易受累的
器官之一，大约有 40%～50%的内毒素血症患者会
出现心功能不全等症状，进而引起心脏肥大[9]。LPS
可显著诱导病理性心肌肥厚，表现为心肌细胞体积
增大，肌动蛋白丝重组，肥大指标如 ANP 和 BNP
上调[10]。ANP 是由心肌细胞合成和分泌的一种循环
激素，在心肌肥厚时，ANP 表达升高，被公认为是
心肌肥大过程伴随的特征性变化指标[11]。
TNF-α是一种具有多种生物效应的炎症细胞因
子，可增加肌动蛋白和肌球蛋白重链的合成，造成
心肌细胞肥大。TNF-α还可与 IL-1、IL-6 等共同作
用，引起心肌细胞肥大，诱导心肌细胞发生凋亡[12]。
细胞内 Ca2＋是心肌肥大的信号，在心脏肥厚和基因
表达中发挥中心作用。Ca2＋信号的增加激活众多诱
导心肌肥厚反应的下游信号因子，进而通过基因表达
的方式将心肌细胞对肥厚刺激的反应表达出来[13]。
本实验发现，黄芪多糖对 LPS 诱导的心肌肥大
具有保护作用：（1）可不同程度地缩小肥大的心肌
细胞体积，抑制 ANP mRNA 的表达；（2）通过降
低 TNF-α的量，抑制 LPS 致心肌细胞肥大的作用；
（3）降低心肌细胞的含钙量，抑制钙超载。黄芪多
糖能够有效地抑制心肌细胞的肥大，保护心肌细胞
的活性，但与其相关的信号转导通路及能量代谢等
方面的研究目前尚无相关报道，有待于深入研究。
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