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Effect of astragalus on calcium accumulation and SERCA2agene expression in myocardial tissues in rats with pressureoverload-induced left ventricular hypertrophy

黄芪注射液对左室肥厚大鼠心肌钙超载及肌浆网钙泵表达的影响



全 文 :黄芪注射液对左室肥厚大鼠心肌钙超载
及肌浆网钙泵表达的影响
苏 丹1,许 兵2,石海莲3,吴大正3,戴亚蕾1
(1.同济大学 医学院,上海 200092;2.同济大学 理学院,上海 200092;
3.上海中医药大学,上海 201203)
[摘要] 目的:探讨黄芪对压力过载致左室肥厚大鼠心肌钙含量及肌浆网钙泵(SERCA2a)表达的影响。方
法:采用缩窄腹主动脉法制备压力过载性心肌肥厚模型。大鼠随机分为假手术组,模型组,低、中、高剂量黄芪组
(5,10,20g·kg-1·d-1)和卡托普利组(005g·kg-1·d-1)。造模后第13周开始灌胃给药,连续12周。测定大
鼠左室质量指数(leftventricularmassindex,LVMI)和心肌钙含量的变化(原子吸收光谱法),并检测(RTPCR,
Westernblot)大鼠左室组织肌浆网钙泵的表达。结果:黄芪呈剂量依赖性抑制模型大鼠左室质量指数的增加(P<
001,P<0001),其中高剂量黄芪作用与卡托普利相似;黄芪能抑制肥厚心肌组织钙超载(P<001);与假手术组
相比,心肌肥厚大鼠左心室SERCA2a基因表达下调(P<005),高剂量黄芪使之表达上调(P<005),而卡托普利
对其表达无明显影响。结论:黄芪对大鼠压力过载性心肌肥厚的抑制作用可能与其减轻心肌钙超载及上调心肌
SERCA2a基因表达有关。
[关键词] 黄芪注射液;左室肥厚;钙超载;肌浆网钙泵
[中图分类号]R285.5 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)14172404
[收稿日期] 20070710
[基金项目] 国家自然科学基金项目(30671969);同济大学医
科发展基金项目(1509219027)
[通讯作者] 戴亚蕾,Tel:(021)65982597,Email:daiyl@mail.
tongji.edu.cn
  心肌肥厚是心肌细胞对不同刺激(如机械牵
拉、神经体液性因素)的一种适应性反应。长时间
的刺激如压力负荷增加可导致心脏由最初有益的代
偿发展为失代偿,最后发生心力衰竭甚至猝死。众
多研究表明,左室肥厚是心血管疾病发生率和死亡
率强有力的预测因子之一。Ca2+被公认是细胞生长
过程中重要的第二信使,Ca2+通道活化后通过特异
的离子流激活胞核基因及增加胞质蛋白质的合成,
因此Ca2+超载在心肌肥厚发展中起着非常关键的
作用[1]。黄芪(astragalus,As)为中医治疗心功能不
全的传统用药,具有补益心气之功效。近年药理研
究表明[2],除强心作用外,黄芪对心肌肥厚还具有
一定抑制作用,但其抗肥厚机制尚不明确。本试验
观察了黄芪注射液对压力过载所致大鼠心肌肥厚的
逆转作用,并初步探讨其对大鼠心肌钙含量及SER
CA2a表达的影响。
1 材料
1.1 动物 清洁级SD雄性大鼠,体重240~260g,
由复旦大学实验动物中心提供(动物合格证号
SCXK沪20020002)。
1.2 药品及主要试剂 黄芪注射液(含生药20g·
10mL-1,成都地奥九泓制药有限公司,批号
Z51021776);卡托普利(中美施贵宝药业有限公司,
批号 H31022816);Trizol(Invitrogen公司);DEPC
(Genview公司);M-MLV逆转录酶(Promega公
司);Taq酶(Sangon公司);自行设计所有引物并由
上海赛百胜公司合成;Proteaseinhibitorcocktails
(Sigma公司);小鼠抗 SERCA2a单抗(ABR公司);
小鼠抗 GAPDH单抗(Abcam公司);羊抗小鼠过氧
化物酶(HRP)标二抗(Chemicon公司);ECLplus化
学发光试剂(Ameresham公司)。
1.3 仪器 Agilent3510型原子吸收分光光度计
(美国),BioRad水平、垂直电泳及转膜装置(美
国);MJPTC-100PCR仪(美国);PharmaciaBiotech
凝胶成像分析系统(美国);MolecularDeviceSPEC
TERAmax190酶标仪(美国);BRANSON超声细胞
破碎仪(美国);HP图像扫描仪(日本)及 SmartView
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图像分析软件(上海复日科技)。
2 方法
2.1 动物分组与给药 大鼠随机均分为6组:假手
术组,模型组,卡托普利组,低、中、高剂量黄芪组。
每组15只。手术后 12周开始给药,卡托普利低、
中、高剂量黄芪组分别灌胃005,5,10,20g·kg-1,
而假手术组和模型组分别灌胃等体积生理盐水,均
每天1次,连续给药12周。
2.2 模型制备 参考文献[3],大鼠术前12h禁食
不禁水,经腹腔注射 2%戊巴比妥钠麻醉,剑突下
05~2cm处开腹,切口约12cm,于肾动脉分支上
方分离腹主动脉,将一内径06mm银夹套入,使之
狭窄,缝合腹壁,常规消毒,假手术组动物开腹后分
离腹主动脉但不套入银夹,其余步骤同模型组动物。
2.3 左室质量指数测定及样品处理 将大鼠称重,
麻醉后迅速分离、摘取心脏,置入4℃,95%O2~5%
CO2饱和的KrebsHenseleit液漂洗,再用 Langendorf
装置进行逆向灌流充分清洗后,取左室及室间隔称
重,并计算左室质量指数(LVMI)=左心室重(g)/
体重(kg),以此反映心肌肥厚的程度。此后迅速冰
浴剪取左心室组织各约150mg和200mg,入液氮速
冻,-70℃保存,剩余组织于60℃烘烤12h后,称
重备用。
2.4 心肌钙含量测定 参考国际标准 ISO6490/2
1983方法,按每200mg干样加入5mL的混合酸消
化液(硝酸高氯酸4∶1)消化干燥组织,再采用原子
吸收分光光度计,于波长4227nm处测定心肌组织
钙含量,以μmol·g-1干重心肌组织表示。钙标准
液和待测溶液均含02%氧化镧。
2.5 RTPCR 用 Trizol抽提左心室组织总 RNA,
琼脂糖凝胶电泳鉴定 RNA质量,采用 SPECTERA
max190酶标仪测定RNA含量。取总 RNA4μg进
行逆转录,反应体系25μL,37℃水浴保温1h,生成
cDNA文库。1μL模板于 20μL反应体系中进行
PCR循环。引物顺序为 SERCA2a,Sense:5′AT
GAGATCACAGCTATGACTGGTG3′,Antisense:5′
GCATTGCACATCTCTATGGTGACTAG3′,产物:653
bp;GAPDH(内参照),Sense:5′GCCATCAACGAC
CCCTTCATTG3′,Antisense:5′TGCCAGTGAGCTTC
CCGTTC3′,产物:597bp。反应条件为 SERCA2a:
94℃ 5min,94℃30s,60℃30s,72℃90s,22次
循环,72℃ 8min;GAPDH:94℃ 3min,94℃ 15s,
62℃ 15s,72℃ 45s,23次循环,72℃ 10min。取
扩增产物进行琼脂糖凝胶电泳检测,采用Pharmacia
Biotech凝胶成像系统观察拍照,并应用ImageMaster
VDSsoftware对各靶基因条带进行定量分析,读取
积分吸光度(A),用靶基因/GAPDH表示 SERCA2a
mRNA相对表达水平。
2.6 Westernblot 参考文献[4],取200mg左心室
组织,加入2mL全细胞裂解液(mmol·L-1:TrisHCL
20,pH74,NaCl150,EDTA25,Na3VO41,PMSF1,
DTT51%TritonX100,10% glycerol,01%SDS,1%
deoxycholicacid)和10μLProteaseinhibitorcocktails,
冰浴匀浆,超声处理后于 4℃ ,12000×g离心 15
min,取上清,采用考马斯亮蓝法测定样品中总蛋白含
量。分别取10μg(GAPDH),100μg(SERCA2a)样品
蛋白/孔上样12%SDS聚丙烯酰胺凝胶,电泳分离。4
℃恒压100V湿转1~15h至PVDF膜。用含5%脱
脂奶粉的TBST封闭,室温平摇孵育2h。洗膜后按
每1cm2膜加入01mL相应一抗(SERCA2a,1∶1000;
GAPDH,1∶20000),4℃静置孵育过夜。TBST洗膜
后加入适量HRP标记的二抗,室温平摇孵育2h,以
1×TBST充分漂洗后,采用ECLplus化学发光试剂在
X射线片上曝光显影。使用 HP图像扫描仪进行胶
片扫描,再采用SmartView图像分析软件对蛋白条带
进行定量分析,读取条带吸光度积分值,并以靶蛋白/
GAPDH作相对定量,比较各样品组间靶蛋白表达的
差异。
2.7 统计学处理 各组数据以 珋x±s表示,采用ori
gin70统计软件进行单因素方差分析,组间比较采
用t检验。
3 结果
3.1 左室质量指数和心肌钙含量 缩窄腹主动脉
24周后,模型组大鼠左心室质量及左室质量指数均
显著高于假手术组(P<0001),卡托普利和中、高
剂量黄芪可使LVMI较模型组明显下降(P<0001,
P<001);模型组心肌组织钙含量高于假手术组
(P<001),卡托普利和高剂量黄芪均降低肥厚组
织钙含量(P<005,P<001),见表1。
3.2 肌浆网钙泵 mRNARTPCR结果 PCR产物
经17%琼脂糖凝胶电泳后,分别在653,597bp处
可见扩增产物,各组条带清晰明亮,与预先设计的
SERCA2a,GAPDH基因片段大小一致。其半定量结
果见表2。模型组大鼠左心室组织SERCA2amRNA
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表1 黄芪注射液对压力过载性心肌肥厚大鼠左室质量指数和钙含量的影响(A,珋x±s)
组别 剂量/g·kg-1 n 体重/g 左室重/g LVW/BW/g·kg-1 心肌钙/μmol·g-1
假手术   - 12 6038±4164 1254±00783) 2082±01453) 2854±04702)
模型    - 10 6255±2901 1702±0138 2719±0147 4337±0644
黄芪注射液 5 11 5595±52341) 1465±01422) 2628±0246 3960±0589
  10 11 5655±4831 1372±01533) 2426±01712) 3872±0361
  20 11 5680±6099 1276±01343) 2250±00953) 3051±04612)
卡托普利  005 11 5587±64091) 1294±01543) 2322±01983) 3225±03141)
  注:与模型组比1)P<005,2)P<001,3)P<0001(表2,3同)
表达较假手术组显著减少(P<005),高剂量黄芪
能增加肥厚心肌SERCA2amRNA表达(P<005),
卡托普利则对其表达无明显影响。见图1。
表2 黄芪注射液对压力过载性左室肥厚大鼠心肌
SERCA2amRNA表达的影响(A,珋x±s,n=10)
组别 剂量/g·kg-1 SERCA2a/GAPDH
假手术   - 0963±00651)
模型    - 0714±0056
黄芪注射液 10 0747±0060
  20 0954±00581)
卡托普利 005 0766±0035
1.假手术组;2.模型组;3.10g·kg-1黄芪注射液组;
4.20g·kg-1黄芪注射液组;5.卡托普利组
图1 SERCA2amRNARTPCR产物凝胶电泳图
3.3 肌浆网钙泵 Westernblot结果 SERCA2a,
GAPDH蛋白与抗体结合的产物分别约 110,36×
103。其半定量结果见表3,与假手术组比较,模型
组SERCA2a蛋白表达明显降低(P<005),高剂量
黄芪促进心衰大鼠心肌 SERCA2a蛋白的表达(P<
005)。而卡托普利有增加 SERCA2a表达的趋势。
见图2。
表3 黄芪注射液对压力过载性左室肥厚大鼠心肌
SERCA2a蛋白表达的影响(A,珋x±s,n=8)
组别 剂量/g·kg-1 SERCA2a/GAPDH
假手术   - 1145±00821)
模型    - 0882±0059
黄芪注射液 10 0930±0045
  20 1135±00701)
卡托普利  005 0913±0037
4 讨论
压力过载性心肌肥厚是心血管疾病的独立危险
因素,临床流行病学资料显示高血压合并左室肥厚
  
1.假手术组;2.模型组;3.10g·kg-1黄芪注射液组;
4.20g·kg-1黄芪注射液组;5.卡托普利组
图2 SERCA2a蛋白的Westernblot图
时心血管意外发生率显著增加[5]。腹主动脉部分
缩窄所致的心肌肥厚是心脏对长期、持续不断压力
超负荷机械因素刺激的应激性反应,形态学上表现
为向心性肥厚,主要是左室壁的增厚,而左室质量指
数能最直接地反映心肌肥厚的程度[6]。本研究成
功建立了压力过载性心肌肥厚模型,缩窄腹主动脉
后大鼠左心室质量指数较假手术组增加31%,产生
左室肥厚。卡托普利使模型大鼠左室指数降低了
15%,具有明显逆转肥厚的作用,与公认的 ACEI类
药物作用相符;中、高剂量黄芪也呈剂量依赖性抑制
压力过载所致左室质量指数的增加,其中高剂量黄
芪与卡托普利作用强度相似,这与洪缨[2]等的研究
结果一致。
钙离子是心肌细胞最重要的信号分子之一,生
理状态下主要参与心肌细胞的机械做功和能量代
谢。早年的研究结果已证实,增加心脏的后负荷,能
通过激活局部RAS系统使胞内游离钙浓度升高,而
Ca2+浓度的升高与左室肥厚的发生密切相关[7]。
一般认为,心肌总钙浓度远大于细胞内游离钙,对外
界刺激引起的含量变化虽然不够敏感,但心肌组织
钙含量的变化仍能一定程度反映细胞游离钙的水
平。实验中左室肥厚大鼠心肌钙离子水平显著升
高,出现钙超载,证实 Ca2+作为一个重要的生化信
号介导了心肌肥厚反应,而卡托普利和高剂量黄芪
均显著抑制肥厚心肌钙超载,这一结果提示两者对
肥厚的抑制作用都与减轻心肌钙超载有关。
心肌细胞内钙离子的清除机制主要包括:细胞
膜钙泵将胞内钙离子逆浓度梯度转运至胞外;肌浆
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网重吸收胞浆内的钙离子,这两种清除途径均是耗
能的主动转运过程,其中肌浆网系统的钙泵是关
键[8]。本研究中模型组心肌肥厚最显著,其心肌肌
浆网钙泵基因表达显著低于其他各组,这与钟明
等[9]研究结果相似。SERCA2a表达降低能使胞浆
游离钙再摄取减少;另一方面,压力过载时局部
RAS的激活增加了胞外钙的内流,两者共同作用造
成胞内钙超载,最终介导心肌肥厚[10]。卡托普利不
影响肥厚心肌SERCA2a表达,但可能通过减少心肌
局部血管紧张素I生成,抑制局部RAS的激活而减
轻钙超载。高剂量黄芪则通过上调 SERCA2a基因
表达产生抑制钙超载的作用,这可能是黄芪抑制心
肌肥厚的机制之一。
[参考文献]
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EfectofastragalusoncalciumaccumulationandSERCA2a
geneexpressioninmyocardialtissuesinratswithpressure
overloadinducedleftventricularhypertrophy
SUDan1,XUBing2,SHIHailian3,WUDazheng3,DAIYalei1
(1.ColegeofMedicineTongjiUniversity,Shanghai200092,China;
2.ColegeofScienceTongjiUniversity,Shanghai200092,China;
3.ShanghaiUniversityofTraditionalChineseMedicine,Shanghai201203,China)
  [Abstract] Objective:Toinvestigatetheefectofastragalus(As)oncalciumaccumulationandSERCA2ageneexpressionin
leftventriculartissuesinratswithpressureoverloadinducedcardiachypertrophy.Method:cardiachypertrophywasinducedbyclip
pingtheabdominalaortainrats.MaleSDratswerealocatedtosixgroups:shamoperated(Sham),aorticstenosis(Model),model
+AsL(5g·kg-1·d-1),model+AsM(10g·kg-1·d-1),model+AsH(20g·kg-1·d-1)andmodel+captopril(005
mg·kg-1·d-1,apositivecontrol).Thedrugswereadministeredoralyfromthe13thweekaftersurgery.Ratswereexaminedafter
12weektreatmentwithdrugs.Thecardiachypertrophywasevaluatedbyleftventricularmassindex(LVMI,leftventricularweight/
bodyweight).Thecalciumcontentinleftventriculartissuewasmeasuredbyatomicabsorptionspectrometry.SERCA2amRNAand
proteinexpressionsinleftventriculartissuesweredeterminedbyhalfquantitativeRTPCRandWesternblotnormalizedtoabundanceof
GAPDHmRNAandprotein,respectively.Result:TheincreaseofLVMIwasdosedependentlylessenedbyAs(P<001,P<
0001).TheefectofAsHwassimilartothatofCaptopril.Asmarkedlyatenuatedcalciumaccumulationinmyocardialtissure(P<
001).RTPCRandWesternblotresultsdemonstratedthatSERCA2ageneexpressionsweredownregulated(P<005)significantly
inmodelgroupcomparedwithshamgroup.AsHupregulatedSERCA2ageneexpressions(P<005),whereasCaptoprilhadnoefect
onthat.Conclusion:TheinhibitionofAsonleftventricularhypertrophyinducedbypressureoverloadinratsmaypartlycontributeto
itsatenuationofcalciumaccumulationandupregulationofSERCA2ageneexpressionsinleftventriculartissues.
[Keywords] astragalusinjection;leftventricularhypertrophy;calciumaccumulation;SERCA2a [责任编辑 古云侠]
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