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目的:骨、牙齿之外的非骨性组织发生钙化,伴或不伴组织坏死或损伤,均称为异位钙化。心血管系统的异位钙化常见于老年人及高血压、动脉粥样硬化、糖尿病和慢性肾病患者,包括动脉内膜(动脉粥样硬化相关钙化)、动脉中层(Mo"nckebergs sclerosis)和心脏瓣膜钙化,无论发生在哪个部位,都会引起血流动力学和机械力学的改变,使动脉管壁僵硬,收缩压升高、舒张压降低,脉压差增大,冠状动脉灌注降低,最终将导致左室肥大、心肌缺血和心律失常,并增加卒中和猝死的危险。血管钙化是动脉粥样硬化、糖尿病、肾病、衰老、高血压等多种疾病的病理生理基础,是心血管疾病的主要危险因子,出现在80%血管损伤和90%冠脉疾病中。较无钙化者,任何程度的冠状动脉钙化整体相对危险度为4.3,3~5年冠心病事件(心肌梗死或心源性死亡)增加4倍。深入研究血管钙化的发病机制,预防、延缓或逆转血管钙化的发生,具有重要的临床意义。
既往认为血管钙化是过饱和的钙、磷在血管壁的被动沉积,近年证实是由细胞和分子参与的、类似于骨形成的主动过程。钙调神经磷酸酶(Calcineurin,CaN)是丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶家族成员,分类上属于PP2B家族,是唯一受Ca2+/钙调素调节的磷蛋白磷酸酶。CaN主要表达于细胞浆中,组织分布广泛,通过使底物活化T细胞核因子(Nuclear factor of activated T cells,NFATs)去磷酸化和核内转位,激活下游基因转录,参与多种细胞功能调节。环鸟苷酸依赖的蛋白激酶(cGMP-dependent protein kinase,PKG)是广泛存在于真核细胞内的一种丝/苏氨酸蛋白激酶,存在于多种组织细胞,是重要的信号分子NO的下游底物,能够在多种水平调节Ca2+水平,从而参与多种细胞功能调节。近年研究已证实CaN能够抑制培养血管平滑肌细胞(VSMCs)胞浆内PKG I的表达,而CaN在钙化血管中与PKG的关系目前国内外尚未见有报道。
本试验采用华法令和维生素D3建立大鼠血管钙化模型,测定主动脉CaN mRNA、蛋白质的表达与活性及PKG mRNA、蛋白质的表达,并观察CaN对PKG表达的影响,初步探讨CaN及PKG对血管钙化的调节作用,为血管钙化的临床防治提供新的思路。
方法:4w SD雄性大鼠36只,体重80~90g,随机分为3组,每组12只。A组:对照组;B组:钙化组;C组:环孢霉素A组;实验第1-8天,各组均给予维生素K115mg·kg-1·d-1,皮下注射。同时,C组另给予环孢霉素A10mg·kg-1·d-1腹腔注射;A组和B组分别给予等量生理盐水腹腔注射。第3天开始,B、C组另给予维生素D33×105U·kg-1·d-1,皮下注射,持续至实验第5天,同时给予华法令15mg·100g-1,12h一次,皮下注射,持续至第8天;对照组在相同时间给予等量生理盐水皮下注射。实验第9天,所有动物麻醉后处死。开胸,暴露出心脏,分离胸主动脉,并向下剖开腹部,分离出腹主动脉,从主动脉根部至腹主动脉分叉处剪下主动脉。取材后每组各取6只以免疫组化法测定CaNB1蛋白及PKGⅠ。蛋白,原位杂交法测定CaNAα mRNA及PKGⅠ。mRNA;6只用于CaN和碱性磷酸酶(ALP)活性测定。将免疫组织化学和原位杂交结果应用Image-Pro Plus图象分析软件,分别计算各组主动脉组织相同面积内阳性细胞的累积光密度值(integrated optic density,IOD)。所有数据以均数±标准差(x±s)表示,运用SPSS13.0统计软件,首先对计量资料进行正态性检验及方差齐性检验,组间资料比较应用单因素方差分析,两两比较应用LSD-t检验,p<0.05即有统计学意义。
结果:(1)HE染色结果示对照组大鼠主动脉壁结构完整,中层血管平滑肌细胞(VSMCs)排列整齐;钙化组和环孢霉素A组大鼠主动脉中层VSMCs排列紊乱,弹力纤维迂曲断裂。VonKossa染色示钙化组大鼠主动脉中层弹性纤维间有大量黑色颗粒沉积;环孢霉素A组大鼠主动脉中层弹性纤维间亦可见黑色颗粒沉积;对照组未见明显黑色颗粒沉积。(2)免疫组织化学结果显示三组大鼠主动脉可见一定量CaNB1蛋白及PKGⅠ。蛋白表达,主要位于胞浆内。钙化组与对照组对比:钙化组大鼠主动脉CaNB1蛋白(8731.93±469.92)较对照组(5500.95±982.57)表达明显增加(p<0.01),PKGⅠα蛋白(2305.108±628.08001)较对照组(4960.409±911.34036)表达明显减少(p<0.01);CsA组与对照组对比:CsA组大鼠主动脉CaNB1蛋白(7712.79±539.20)较对照组(5500.95±982.57)表达明显增加(p<0.01),PKGⅠα蛋白(7889.977±850.80532)较对照组(4960.409±911.34036)表达也明显增加(p<0.01);CsA组与钙化组对比:CsA组大鼠主动脉CaNB1蛋白(7712.79±539.20)较钙化组(8731.93±469.92)表达减少(p<0.05),PKGⅠα蛋白(7889.977±850.80532)较钙化组(2305.108±628.08001)表达明显增加(p<0.01)。(3)原位杂交结果显示三组大鼠主动脉可见CaNAα mRNA及PKGⅠαmRNA表达,主要位于胞浆中。钙化组与对照组对比:钙化组大鼠主动脉CaNAαmRNA(26420.97±1697.97)较对照(10302.17±2636.06)表达明显增加(p<0.01),PKGⅠαmRNA(5773.905±642.80153)较对照组(8713.067±740.37046)表达明显减少(p<0.01);CsA组与对照组对比:CsA组大鼠主动脉CaNAαmRNA(16775.25±4029.59)较对照组(10302.17±2636.06)表达明显增加(p<0.01),PKGⅠαmRNA(11043.72±971.89608)较对照组(8713.067±740.37046)表达也明显增加(p<0.01);CsA组与钙化组对比:CsA组大鼠主动脉CaNAα mRNA(16775.25±4029.59)与钙化组(26420.97±1697.97)比较表达明显减少(p<0.01),PKGⅠαmRNA(11043.72±971.89608)较钙化组(5773.905±642.80153)表达明显增加(p<0.01)。(4)钙化组 CaN活性(1.53±0.29μmolPi·mgprot-1·h-1)较对照组(0.90±0.39μmolPi·mgprot-1·h-1明显增加(p<0.01);CsA组CaN活性(1.54±0.40μmolPi·mgprot-1·h-1)较对照组(0.90±0.39μmolPi·mgprot-1·h-1)明显增加(p<0.01);CsA组CaN活性(1.54±0.40μmolPi·mgprot-1·h-1)与钙化组(1.53±0.29μmolPi·mgprot-1·h-1)比较无显著性差异(p>0.05)。(5)钙化组ALP活性(463.38±65.09U·gprot-1)较对照组(360.04±49.01U·gprot-1)增加(p<0.05); CsA组 ALP活性(479.78±74.67U-1gprot)较对照组(360.04±49.01 U·gprot-1)明显增加(p<0.01),与钙化组(463.38±65.09U·gprot-1)比较无显著性差异(p>0.05)。
结论:1.本实验采用华法令和维生素D3皮下注射成功地建立了大鼠主动脉钙化模型。2.本试验首次发现钙化大鼠主动脉中CaN mRNA和蛋白的表达和活性明显增加时,PKG mRNA和蛋白的表达明显减少,说明在钙化血管中CaN对PKG有抑制作用。3.免疫抑制剂CsA很可能促进血管钙化。