全 文 :*【基金项目】湖北省教育厅科学技术研究项目(B2015112)
【收稿日期】2015-09-14【修回日期】2016-01-22
△【通讯作者】Tel:15571851801;E-mail:625958220@ qq. com
头顶一颗珠提取液对实验性糖尿病大鼠心肌损伤的干预作用*
王凤杰1,3,王科坤2△,陈显兵3,刘锦红4,高 嵩4,刘 昕4
(1. 湖北民族学院科技学院,恩施 445000;2. 恩施州疾控中心,湖北 恩施 445000;3. 湖北民族学院医学院,恩施 445000;
4. 附属民大医院,湖北 恩施 445000)
【摘要】 目的:探讨头顶一颗珠提取液(TTM)对糖尿病大鼠心肌损伤的干预作用及机制,为进一步研究头顶一颗
珠的药理作用提供理论基础。方法:雄性 SPF级 SD大鼠 48 只,随机分为 4 组(n = 12)正常对照组、模型组、干预
组、及阳性对照组,采用高脂饮食加一次性尾静脉注射 STZ 35 mg / kg复制糖尿病模型。干预组在实验开始时给予
TTM 浓度 1 mg / ml头顶一颗珠提取液 3 ml灌胃,每天 1 次;造模成功后阳性对照组用二甲双胍 5mg / kg. d 灌胃治
疗,各组继续喂养 6 周,处死大鼠,取血测 B型脑钠肽(BNP)、心肌肌钙蛋白 I(cTnI)水平,心脏称重计算心脏重量
指数(心重 /体重),TUNEL法计算心肌细胞凋亡指数,取心室肌组织行常规形态学及 Masson染色观察,检测心肌组
织 SOD,GPx,MDA水平。结果:TTM 干预可明显降低糖尿病大鼠心脏重量,降低血清中 BNP、cTnI 水平,提高心
肌组织中 SOD,GPx活性,降低 MDA含量,抑制心肌细胞凋亡,而且在增强 GPx活性、抑制胶原纤维产生方面,TTM
作用比西药二甲双胍效果更好。结论:头顶一颗珠提取物可能通过减轻糖尿病大鼠体内氧化应激反应,进而抑制
心肌细胞凋亡,减少胶原纤维产生,来达到保护心肌细胞损伤的作用。
【关键词】头顶一颗珠;糖尿病大鼠;心肌损伤;氧化应激
【中图分类号】R587. 1 【文献标识码】A 【文章编号】1000-6834(2016)02-177-04
【DOI】10. 13459 / j. cnki. cjap. 2016. 02. 022
Intervention effect of trillium tschonoskii maxim extract solution on
myocardial injury in diabetic rats
WANG Feng-jie1,3,WANG Ke-kun2△,CHEN Xian-bing3,LIU Jin-hong4,GAO Song4,LIU Xin4
(1. Science and Technology College of Hubei Minzu University,Enshi 445000;2. Enshi Center for Disease Control and Prevention,Enshi 445000;
3. Medical School of Hubei Minzu University,Enshi 445000;4. Pathology Department in
Affiliated Hospital of Hubei Minzu University,Enshi 445000,China)
【ABSTRACT】Objective:To study the protective effect and the underlying mechanism of trillium tschonoskii maxim (TTM,Tradi-
tional Chinese Medicine)on myocardial injury of diabetic rats induced by high-fat diet and streptozotocin (STZ),which will lay a the-
oretical foundation for further exploring its pharmacological effect. Methods:SD male rats received high fat diet and STZ (35 mg / kg)
via tail vein injection were modeled into diabetic rats,the levels of brain natriuretic peptide (BNP)and cardiac troponin I (cTnI)in
serum ,the contents of superoxide (SOD),glutathione peroxidase (GPX),malondialdehyde (MDA)in cardiac tissues,and cardiac
myocyte apoptosis index were tested in all groups after the last administration. Results:Compared with that in the model group,SOD
and GPX activities were significantly increased and levels of BNP、cTnI、cardiac weight index (CWI)、apoptosis index (AI)were de-
creased in TTM and metformin (Met)group. The effects of TTM were better than traditional medicine metformin in enhancing GPX ac-
tivity and decreasing collagen level. Conclusion:TTM can inhibit myocardial apoptosis by reducing oxidative stress responses in dia-
betic rats,which can slow down collagen fiber production to protect the myocardial cell injury.
【KEY WORDS】 TTM(Traditional Chinese Medicine); myocardial injury; diabetic rats; oxidative stress
头顶一颗珠(trillium tschonoskii maxim,TTM)系
百合科延龄草属植物延龄草的干燥根茎(俗称地
珠),是湖北恩施土家族地区的珍稀药材,被奉为
“神药”,主要含有甾体皂甙、黄酮苷及倍半萜苷等
有效成分[1],具有抗癌、抗炎、提高免疫力、改善心
功能和降压、降脂、清除自由基、抗衰老等功效[2,3]。
关于头顶一颗珠提取物对糖尿病的作用研究很少,
本课题组前期研究 发现头顶一颗珠提取液灌胃处理
后,糖尿病大鼠一般情况、血糖、血脂等指标得到明显
改善[4,5],本研究进一步探讨其对糖尿病大鼠心肌损伤
的干预机制,为 TTM的临床应用提供理论依据。
1 材料与方法
1. 1 动物、药品与试剂
实验动物:SD 大鼠,雄性,SPF 级,体重 150 ~
180 g,购于湖北省实验动物研究中心,许可证号:
SCXK(鄂)2015-0018。
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药品与试剂:头顶一颗珠根状茎及根购于湖北
省乐之塬科技有限公司;链脲佐菌素(streptozotocin,
STZ)购于美国 Sigma公司;超氧化物歧化酶(super-
oxide dismutase,SOD)、丙二醛(malondialdehyde,
MDA)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxi-
dase,GPX)试剂盒购于南京建成生物工程研究所;
BNP、cTnI检测试剂盒购于上海邦奕生物科技有限
公司;TUNEL凋亡检测试剂盒购于瑞士罗氏公司。
1. 2 头顶一颗珠提取液制备
取头顶一颗珠根状茎及根烘干粉碎,过 60 目
筛,用石油醚浸泡 3 h 后,加热回流提取 2 h,过滤,
滤渣为脱脂粗粉;用 75%乙醇浸泡数小时后回流提
取,反复多次,将提取液滤过并减压浓缩、干燥,得总
提取物;加水至总提取物全部溶解,用适量乙醚反复
萃取多次,除去浓缩液中的脂溶性成分;脱脂后水饱
和正丁醇萃取,减压浓缩干燥,得延龄草总皂苷,经
测定药品总皂苷含量(18. 54 mg / g 生药材);超纯水
配成 1 mg / ml溶液备用。
1. 3 糖尿病模型及分组
雄性 SPF级 SD大鼠 48 只,随机分为正常对照
组(N,)、模型组(DM)、头顶一颗珠提取液干预组
(TTM)、及二甲双胍(Metformin)治疗(Met)作为阳
性对照组,每组 12 只,除正常对照组外,其他各组均
给予高脂饲料喂养。干预组在实验开始时给予
TTM 浓度 1 mg / ml 提取液 3 ml 灌胃,每天 1 次;正
常组和模型组给予同体积饮用水灌胃。喂养 4 周后
给予一次性尾静脉注射 STZ 35 mg / kg,5 d后测空腹
血糖,连续 2 次血糖 > 13. 9 mmol / L,且有多饮、多
食、多尿的大鼠为造模成功,用于后期实验,此时各
组大鼠例数分别为 N(n = 12),DM(n = 10),TTM(n
= 12),Met(n = 11)。二甲双胍治疗组在造模成功
后用 5 mg /(kg·d)灌胃,每天 1 次,治疗 6 周;其余
组继续灌胃喂养 6 周后,处死大鼠行各项指标检测。
1. 4 血液生化指标检测
实验结束后立即处死取血,检测血清中 BNP、
cTnI水平,完整取出心脏,剪除包膜、大血管等,称
重;计算心重指数。心脏体重指数(CWI)= 心脏重
量(mg)/大鼠体重(g)。
1. 5 心肌组织 SOD、GPX、MDA检测
取适量左心室肌组织,在 1 ~ 4℃条件下制成
100 g / L心肌组织生理盐水匀浆液,按试剂盒方法
测定 SOD、GPX、MDA。其中 SOD 采用黄嘌呤氧化
酶法,MDA 采用 TBA 法,GPx 采用比色法测定。另
取部分心室肌组织用 10%多聚甲醛固定备用。
1. 6 Masson染色检测心肌组织胶原容积分数
另取部分心室肌组织用 10%多聚甲醛固定,石
蜡包埋后制成 4 μm 切片,脱蜡后苏木素染色 5
min,盐酸乙醇分化,洗涤后用丽春红酸性品红溶液
染色 5 min,迅速水洗后再 1%磷钼酸中染色 3 min,
又在甲苯胺蓝中染 5 min 后水洗烘干,树胶封片后
观察。采用显微镜对所得切片观察并用 Image-Pro
Plus 6. 0 图像分析软件进行图片分析,计算胶原纤
维染色面积占观察视野面积的分数,即为胶原容积
分数(collagen volume fraction,CVF)[6]。
1. 7 心肌细胞凋亡指数检测
采用 TUNEL法:4%甲醛固定心肌组织,石蜡包
埋,制成 4 μm厚切片,每只大鼠制作 10 张切片,常
规 HE染色。按 TUNEL试剂盒说明进行操作,应用
Image-Pro Plus 6. 0 图像分析软件计算凋亡指数。每
个标本随机选取 10 个高倍视野(× 400),分别计数
凋亡细胞核和正常细胞核,以凋亡细胞核与正常细
胞核比值的平均值作为凋亡指数(apoptosis index,
AI)[7]。
1. 8 统计学分析
计量资料以均数 ±标准差(珋x ± s)形式表示,运
用 SPSS 17. 0 统计软件进行分析。组间比较采用单
因素方差(one-way ANOVA)分析,组内两两比较采
用 q检验或 LSD-t检验。
2 结果
2. 1 各组大鼠一般情况观察
正常对照大鼠活泼健壮,皮毛有光泽,对外界反
应灵敏,体重稳步增长;模型组注射 STZ 后第四天
出现多汗、皮毛无光泽;随后多饮多尿、体重下降、尿
液腥臊味重;干预组及阳性对照组自第二周后一般情
况有所改善,皮毛光泽度渐好,多饮多食多尿情况好
转,体重缓慢增加,两组大鼠一般情况无明显差别。
2. 2 心重指数及血清中 BNP、cTnI含量情况
与正常对照组相比,糖尿病模型组大鼠血清中
BNP 、cTnI 水平明显升高,TTM 干预后可降低血清
cTnI含量(P < 0. 05);TTM 组及 Met 组大鼠血清
BNP水平较 DM 组明显降低,但仍然高于正常组。
TTM可以减轻糖尿病所致大鼠心脏重量的增加(P
< 0. 05),Met作用更明显(P < 0. 01,表 1),但 TTM
组和 Met组无明显差别(P > 0. 05)。
2. 3 TTM对大鼠心肌组织 SOD、GPX、MDA的影
响
从表 2 中可看出,糖尿病模型组大鼠心肌 SOD、
GPX活性显著低于正常组,MDA 高于正常组,提示
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大鼠心肌存在明显氧化应激反应;TTM 干预后心肌
组织 SOD和 GPX活性明显增高,MDA 水平降低(P
< 0. 05);而 Met组治疗后 SOD 活性显著增高(P <
0. 05),MDA水平显著降低(P < 0. 05),GPX 活性无
明显升高 (P > 0. 05),但 TTM组和 Met组无差别。
Tab. 1 Effects of TTM on the levels of BNP、cTnI in serum (珋x
± s)
Group n BNP(ng / L) cTnI(μɡ / L) CWI(mg / g)
N 12 101. 03 ± 9. 21 0. 31 ± 0. 06 2. 75 ± 0. 59
DM 10 385. 12 ± 10. 52* 0. 74 ± 0. 02* 3. 24 ± 0. 35*
TTM 12 201. 67 ± 11. 30* # 0. 45 ± 0. 01# 2. 97 ± 0. 61#
Met 11 189. 54 ± 9. 24* # 0. 52 ± 0. 05* # 2. 82 ± 0. 26##
BNP:Brain natriuretic peptide;cTnI:Cardiac troponin I;
CWI:Cardiac weight index;N:Normal group;DM:Diabetes
mellitus group;TTM:Trillium tschonoskii maxim group;Met:
Metformin group
*P < 0. 05 vs N;# P < 0. 05,##P < 0. 01 vs DM
Tab. 2 Effects of TTM on SOD、GPX、MDA levels in cardiac
tissues of DM (珋x ± s)
Group n SOD
(U / mg·pro)
MDA
(nmol / mg·pro)
GPX
(U / mg·pro)
N 12 82. 02 ± 11. 20 3. 02 ± 1. 02 58. 21 ± 10. 23
DM 10 52. 12 ± 9. 68* 3. 98 ± 0. 95* 41. 02 ± 9. 85*
TTM 12 78. 12 ± 9. 36# 3. 36 ± 1. 13# 55. 24 ± 8. 76#
Met 11 76. 06 ± 8. 45# 3. 42 ± 1. 02# 45. 14 ± 8. 72
SOD:Superoxide dismutase;MDA:Malondialdehyde;
GPX:Glutathione peroxidase
*P < 0. 05 vs N;# P < 0. 05 vs DM
2. 4 各组大鼠心肌组织形态学观察
常规形态学观察可看出:正常组大鼠心肌细胞
排列规则,走向好,横纹清晰,细胞间隙均匀,可见少
量纤维组织;模型组心肌细胞排列紊乱,散在肌纤维
变性、胞浆粗颗粒状,间质水肿、淋巴细胞浸润、纤维
组织增生明显,部分肌纤维被大量条状、束状胶原纤
维代替;TTM干预及 Met 组心肌纤维排列较模型组
规则,细胞变性较轻,胶原纤维明显减少(图 1 见彩
图页Ⅰ)。
2. 5 心肌组织Masson染色及细胞凋亡指数检测
Masson 染色中胶原纤维呈蓝色,正常心肌细胞
呈红色。用图像处理系统测量胶原纤维阳性区所占
观察视野的面积比,结果见表 3。与 HE染色结果一
致,正常对照组心肌细胞排列整齐、致密,细胞间少
有胶原纤维;模型组心肌细胞排列松散,心肌间质内
及小血管旁可见较多胶原纤维分布,部分呈片状堆
积;由统计结果可见 TTM干预后胶原纤维量明显减
少,差异有统计学意义(P < 0. 05);二甲双胍治疗组
心肌间质内胶原纤维含量没有明显减少(P >
0. 05)。
与正常组相比,糖尿病模型组大鼠心肌凋亡指
数明显增加,差异有显著统计学意义(P < 0. 01);与
模型组相比,TTM组和 Met 组心肌细胞凋亡率降低
(P < 0. 05);但是 TTM 干预和 Met 治疗均不能降低
细胞凋亡至正常水平(表 3)。
Tab. 3 CVF and AI in different groups (%,珋x ± s)
Group n CVF AI
N 12 0. 04 ± 0. 00 1. 30 ± 0. 04
DM 10 0. 14 ± 0. 01* 28. 37 ± 0. 04
TTM 12 0. 08 ± 0. 00# 12. 25 ± 0. 05* #
Met 11 0. 11 ± 0. 01 16. 41 ± 0. 02* #
CVF:Collagen volume fraction;AI:Apoptosis index
*P < 0. 05,P < 0. 01 vs N;# P < 0. 05 vs DM
3 讨论
随着生活水平的提高及生活方式的改变,糖尿
病的发病率呈现逐年升高的趋势,糖尿病心肌病是
糖尿病的重要慢性并发症,主要病理改变为心肌细
胞外基质(extracellular matrix,ECM)堆积,心肌肥
厚及心肌间质纤维化等,其中间质纤维化是糖尿病
心肌病的重要特征,姜黄素衍生物可通过改善糖尿
病大鼠糖脂代谢并减轻心肌纤维化来达到保护心肌
的作用[8]。目前关于糖尿病心肌病的发生机制尚
不清楚,2004 年美国糖尿病学会(ADA)年会上
Brownlee教授提出了糖尿病并发症氧化应激共同通
路机制的学说:高糖引起线粒体中超氧阴离子生成
过多,发生氧化应激,近年来多项研究结果表明抗氧
化治疗可抑制糖尿病心肌损伤[9,10]。本研究证实糖
尿病大鼠血清中 cTnI、BNP 明显增高,证明心肌细
胞损伤明显;TTM干预后 cTnI、BNP 水平均降低,表
明 TTM对保护糖尿病大鼠心肌损伤、改善心功能有
一定作用,因此我们试图从氧化应激方面研究头顶
一颗珠对糖尿病心肌损伤的干预作用机制。
在体内高糖环境下,葡萄糖对线粒体的持续氧
化可导致体内活性氧(ROS)的大量产生,氧化-还
原平衡破坏,进而激活基质金属蛋白酶类,后者在心
肌纤维化、心脏重塑等病理变化中扮演重要的角
色[11]。实验证明,在 1 型和 2 型糖尿病心脏中均存
在线粒体 ROS 的高表达[12];也有学者提出减少心
肌 ROS的产生或加强抗氧化能力有望减轻 DCM 的
心脏功能失常[13]。张伟[14]等研究也发现,脂联素
干预后大鼠的心肌间质中胶原沉积得到明显改善,
胶原容量分数显著下降,提示脂联素治疗能够达到
延缓糖尿病心肌病心肌纤维化的目标。我们发现糖
尿病大鼠心肌细胞肥大、胶原纤维增生,另可见小血
管内膜增厚等,TTM干预后可减少间质胶原纤维产
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生,可能是因为头顶一颗珠提取物有效成分内含多
种皂苷,降低糖尿病大鼠心肌脂质过氧化物(MDA)
的产生,提高其抗氧化酶系统(SOD、GPx)的活力,
通过抑制氧化应激而延缓心肌纤维化来发挥心肌损
伤保护作用,但是二甲双胍无此作用;另外也可能是
其提取物中含有较高微量元素硒,硒也已证实具有
抗氧化作用。因此 TTM 提取物对于缓解糖尿病患
者体内氧化应激及重要器官损伤(如心脏)所致的
并发症有积极作用。
有报道[15,16]证实糖尿病氧化应激与心肌细胞
凋亡密切相关,氧化应激可促进心肌细胞凋亡;糖尿
病心肌病变发生与心肌细胞凋亡有关[5],韦金儒[17]
等研究证实颉沙坦可抑制心肌组织中 3-硝基酪氨
酸诱导的心肌细胞凋亡,但对心脏扩大无明显改善,
且氧化应激是凋亡、细胞坏死和纤维化的重要途径。
人参皂苷 Rg1 可抑制高糖所致的心肌细胞肥大[18],
可通过减少心肌细胞凋亡和抗氧化作用保护糖尿病
大鼠心肌损伤[19],我们也发现头顶一颗珠提取物可
以明显减少心肌细胞凋亡,可能是其内皂苷成分通
过抑制机体氧化应激而发挥抗细胞凋亡作用,但其
作用途径还有待研究。
总之,氧化应激性损伤与糖尿病心肌病变的发
生密切相关;鉴于临床常用药物的副作用大等特点,
而中药头顶一颗珠已证实具有抗炎、抗氧化和降脂
等作用,因此开发中药产品及用中药干预调理等有
可能成为临床用药的参考。本研究证实头顶一颗珠
可明显增强心肌内抗氧化酶活性及减轻脂质过氧
化,抑制心肌细胞凋亡,减少胶原纤维沉积,从而预
防或延缓心肌病变的发生,因此推测其具有抗氧化
和抗细胞凋亡作用,而且通过中药干预机体氧化应
激可能成为糖尿病心血管病变治疗的新方法。
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