和厚朴酚抗1型糖尿病心肌缺血/再灌注损伤的机制研究

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背景:  1型糖尿病患者在发生冠状动脉疾病如心肌缺血/再灌注( myocard ia l ischemia/reperfusion, MI/R)损伤时,其死亡率较非糖尿病患者显著增加。大量文献报道,糖尿病患者机体的高血糖状态会加重MI/R损伤后心肌细胞的氧化应激损伤与凋亡,成为导致糖尿病患者发生心肌缺血性事件后预后不佳的主要原因之一。目前,临床上还没有一种药物能有效缓解糖尿病患者MI/R损伤,因此,亟需探求一种新的治疗药物并阐明其保护机制。  和厚朴酚(ho nok io l, HK L),一种从木兰科植物中提取的多酚类化合物,已被广泛用于中药制剂。近年来,大量研究表明和厚朴酚在卵巢、肾和脑等器官的I/R损伤中均发挥重要的保护作用,并且这种保护机制很大程度上依赖其抗氧化特性。同时在心血管保护领域,和厚朴酚也能发挥良好的生物学效应。然而,其能否减轻 1 型糖尿病MI/R损伤及具体作用机制均未见报道。  沉默信息调控因子1(silent information regulator 1, SIRT1)参与调控细胞代谢的多个过程,且在多种组织器官的损伤修复中发挥重要作用。本课题组和其他研究表明,激活SIRT1信号通路可明显减轻糖尿病MI/R损伤。因此,我们猜想,SIRT1是否也能介导和厚朴酚抗糖尿病缺血心肌损伤。此外,有研究报道,细胞防御机制中一种重要的抗氧化元件Nrf2(nuclear factor-erythroid 2-related factor 2),同样具有高效的抗MI/R损伤的作用。并且在肝脏和肾脏的研究中发现,Nrf2可作为SIRT1的效应分子,进而增强SIRT1的抗氧化特性。然而,Nrf2在和厚朴酚的糖尿病缺血心肌保护作用中是否同样扮演关键角色及其与 SIRT1 信号通路在此过程中的上下游关系仍需深入探究。  目的:  1. 明确和厚朴酚抗糖尿病MI/R损伤的作用及SIRT1信号通路能否介导和厚朴酚的心肌保护效应;  2. 明确Nrf2信号通路能否介导和厚朴酚抗糖尿病MI/R损伤及其与SIRT1信号通路在此过程中的上下游关系。  方法:  1. 大鼠腹腔注射链脲佐菌素(streptozotocin, STZ)建立1型糖尿病动物模型;  2. 在行MI/R手术前,给予和厚朴酚(5 mg/k g/d)灌胃1周,并且在再灌注前10 min腹腔补充注射(5 mg/kg)1次完成药物处理;  3. 结扎冠状动脉左前降支建立在体MI/R损伤模型;  4. 用模拟缺血缓冲液培养H9c2细胞建立离体缺血/再灌注损伤模型;  5. 用小动物超声仪检测大鼠心脏功能并计算左室射血分数(LVEF)和左室缩短分数(LVFS);  6. 用TTC染色法检测大鼠心肌梗死面积;  7. 用CCK-8试剂盒检测细胞活力;  8. 用TUNEL染色法检测细胞凋亡;  9. 用ROS染色试剂盒检测活性氧簇的生成量;  10. 用SIRT1活性试剂盒检测SIRT1的去乙酰化活性;  11. 用免疫荧光染色法检测细胞SIRT1分子的荧光表达;  12. 用Western Blot法检测SIRT1、Ac-foxo1、Nrf2、HO-1、NQO-1、gp91phox、Bcl-2、Bax、cytosolic cytochrome c和cleaved caspase 3蛋白的表达。  结果:  第一部分:研究和厚朴酚抗糖尿病M I/R损伤的作用及SIRT1信号通路能否介导和厚朴酚的心肌保护效应  1.与正常大鼠相比,糖尿病大鼠心肌SIRT1的表达量显著下调,SIRT1的去乙酰化活性显著降低,Foxo1的乙酰化程度显著升高,提示在糖尿病状态下,心肌SIRT1信号明显受损。并且 SIRT1 作为心肌细胞重要的保护性分子,其活性和表达水平在MI/R损伤后均明显下降。而在糖尿病状态下,由MI/R损伤引起的心肌SIRT1信号的下调会更加显著,导致糖尿病大鼠心肌细胞的氧化应激损伤和凋亡更加明显,心脏功能损害更加严重,以上结果证实了糖尿病心肌SIRT1信号受损是加重MI/R损伤的重要原因之一。  2.与非药物处理组相比,和厚朴酚治疗可明显保护糖尿病大鼠 MI/R损伤后的心功能,减少心肌梗死面积,降低血清中肌酸激酶同工酶和乳酸脱氢酶的活性,同时抑制心肌细胞的氧化应激与凋亡水平。并且和厚朴酚也能显著上调糖尿病大鼠MI/R损伤后SIRT1分子的表达,提高SIRT1蛋白的去乙酰化活性,表明和厚朴酚可明显激活糖尿病心肌缺血损伤后的 SIRT1 信号。然而,和厚朴酚的上述保护效果均能被SIRT1的抑制剂EX527明显逆转。我们从细胞实验中也观察到,和厚朴酚也显著上调了高糖培养的H9c2细胞SIR损伤后的SIRT1信号,进而降低了细胞的氧化应激与凋亡水平。同样的,和厚朴酚对高糖培养的H9c2细胞S IR损伤的保护效应均能被SIRT1 siRNA明显逆转。  第二部分:研究Nrf2信号通路能否介导和厚朴酚抗糖尿病MI/R损伤及其与SIRT1信号通路在此过程中的上下游关系  1.我们在动物实验中发现,和厚朴酚在减轻糖尿病大鼠 MI/R损伤的同时,也能显著激活 N rf2 信号,促进 N rf2 向细胞核的转位,并能显著上调 N r f2 下游 HO-1和 NQO-1 分子的表达水平。提示激活 Nrf2 信号通路可能是和厚朴酚发挥糖尿病心肌保护作用的另一分子机制。我们用细胞实验作进一步的验证发现,和厚朴酚同样能显著激活高糖培养的H9c2细胞SIR损伤后的Nrf2信号,并且和厚朴酚在细胞损伤中的抗氧化应激和抗凋亡效应均能被Nrf2 siRNA明显逆转。  2.我们从在体模型发现,给予SIRT1抑制剂 EX527处理后,和厚朴酚对Nrf2信号的激动作用被显著抑制,表现为 Nrf2 的核转位被明显阻断,Nrf2 的下游分子NQO-1和HO-1的表达水平明显降低。在离体实验中同样发现,给予SIRT1 siRNA处理后,和厚朴酚对Nrf2及其下游分子的激动作用也被显著逆转,而Nrf2 siRNA处理对 SIRT1 分子的表达量及去乙酰化活性均无明显影响。同时,细胞免疫荧光结果也显示,Nrf2 siNRA也不能显著改变SIRT1蛋白的荧光强度,进一步表明抑制Nrf2的表达对SIRT1信号无明显作用。  结论:  1. 1 型糖尿病状态会损伤心肌 SIRT1 信号,进而上调了缺血/再灌注损伤后心肌细胞氧化应激水平和凋亡指数,加重了心脏收缩功能障碍,进一步证实了 SIRT1信号通路受损是糖尿病状态下缺血心肌损伤加重的关键分子机制。  2.和厚朴酚可通过激动SIRT1信号通路降低心肌细胞氧化应激与凋亡水平,改善心脏功能,从而减轻了糖尿病大鼠MI/R损伤。  3.和厚朴酚也可通过激动Nrf2信号通路发挥抗糖尿病大鼠MI/R损伤的作用。  4. Nrf2作为SIRT1的下游效应分子共同介导了和厚朴酚的糖尿病心肌保护效果。
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