枸杞多糖通过Keap1/Nrf2信号通路改善力竭运动大鼠心血管损伤的机制研究

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目的 通过建立大鼠力竭运动氧化应激模型和体外大鼠胸主动脉内皮细胞(Rat Thoracic Aortic Endothelial Cell,RTAEC)氧化应激模型,探讨枸杞多糖(Lycium Barbarum Polysaccharide,LBP)对过度氧化应激诱导的心血管内皮细胞损伤的保护作用及其分子机制。方法 体内水平实验研究选用雄性Sprague Dawley(SD)大鼠60只,随机分为:正常对照组、有氧运动组、力竭运动组、力竭运动+LBP(200mg·(kg·d)-1)组。除对照组外其余三组分别进行35天(每天1h)游泳运动训练,其中力竭运动组和力竭运动+LBP组于最后一次游泳训练至力竭,每次游泳前进行大鼠体重的测量。ELISA检测血管紧张素Ⅱ(Angiotensin II,AngⅡ)、谷胱甘肽(Glutathione,GSH)、丙二醛(Malondialdehyde,MDA)、总抗氧化能力(Total Antioxidation Capacity,T-AOC)、过氧化氢酶(Catalase,CAT)的含量变化。HE观察大鼠胸主动脉血管和心肌组织形态结构的变化。TUNEL染色检测大鼠胸主动脉血管细胞凋亡。IF检测大鼠心肌Bcl-2关联蛋白质(Bcl-2-associated x protein,Bax)、B淋巴细胞瘤-2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)、半胱氨酸蛋白酶-3(Cysteine aspartate-specific protease-3,Caspase3)的表达水平。Western Blot检测大鼠胸主动脉血管和心肌肿瘤坏死因子(Tumor Necrosis Factorα,TNF-α)、Ke Ic H样环氧氯丙烷相关蛋白-1(Kelch like ECH associated protein1,Keap1)、核因子E2相关因子2(Nuclear factor erythroid-2 related factor 2,Nrf2)、磷酸化的核因子E2相关因子2(Phosphorylated nuclear factor erythroid-2 related factor 2,P-Nrf2)、谷氨酰半胱氨酸合成酶催化亚单位(Glutamate-Cysteine Ligase,Catalytic subunit,GCLC)、醌氧化还原酶1(Recombinant NADH Dehydrogenase,Quinone 1,NQO1)、谷氨酸-半胱氨酸连接酶修饰亚基(Glutamate-Cysteine Ligase,Modifier Subunit,GCLM)的蛋白表达水平。IHC检测大鼠胸主动脉血管和心肌TNF-α、Keap1、Nrf2、GCLC、NQO1、GCLM的表达水平。体外水平实验研究应用AngⅡ建立RTAEC氧化应激模型,分为:空白对照组、LBP (3200μg/ml)组、AngⅡ(10-4mol/l)组、AngⅡ+LBP组。ELISA检测GSH、MDA、T-AOC、CAT的含量变化。Western Blot检测TNF-α、Keap1、Nrf2、P-Nrf2、GCLC、NQO1、GCLM的蛋白表达水平。IF检测Nrf2、GCLM的表达水平。RT-qPCR检测TNF-α、白细胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)、白细胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)及Keap1、Nrf2、GCLC、NQO1、GCLM的mRNA表达水平。除此之外,体外实验应用小干扰RNA(SiRNA(50nmol))转染RTAEC,对Nrf2进行基因沉默,实验方案为:1.检测转染效率分组:空白对照组、脂质体2000(LiPofectamine2000,LP2000)(-)组、LP2000(+)组,荧光显微镜下观察带有红色荧光标记的SiRNA在LP2000协助下转染内皮细胞的效率。2.筛选最佳SiRNA分组:空白对照组、SiNC组、SiRNA3组、SiRNA4组、SiRNA5组。Western Blot检测Nrf2、P-Nrf2的蛋白表达水平。RT-qPCR检测Nrf2的蛋白表达水平。3.沉默Nrf2基因分组:空白对照组、AngⅡ组、AngⅡ+LBP组、SiNC组、SiNC+AngⅡ+LBP组、SiRNA组、SiRNA+AngⅡ+LBP组。Western Blot检测AngⅡ+LBP组和SiRNA+AngⅡ+LBP组Nrf2、P-Nrf2的蛋白表达水平。ELISA检测GSH、MDA、T-AOC、CAT的含量变化。RT-qPCR检测TNF-α、IL-6、IL-1β的mRNA表达水平。流式细胞术检测TNF-α的阳性细胞数。结果1.训练前期各组大鼠体重之间变化不明显,从第三周开始,力竭运动组大鼠的体重落后于力竭运动+LBP组,但两组间无显著性差异(P>0.05)。2.ELISA结果显示:与力竭运动组比较,力竭运动+LBP组血清AngⅡ和MDA表达水平降低(P<0.05),CAT表达水平升高(P<0.01),T-AOC表达水平升高(P<0.001),GSH表达水平升高。与AngⅡ组比较,AngⅡ+LBP组细胞上清CAT表达水平升高(P<0.05),MDA表达水平降低(P<0.05),T-AOC表达水平升高(P<0.05),GSH表达水平升高(P<0.05)。与AngⅡ+LBP组比较,SiRNA+AngⅡ+LBP组细胞上清CAT、T-AOC、GSH表达水平降低(P<0.01),MDA的表达水平升高(P<0.05)。3.HE结果显示:正常对照组大鼠胸主动脉血管管壁完整,有氧运动组血管结构无改变,力竭运动组血管内皮细胞明显缺失,弹性纤维紊乱、断裂,力竭运动+LBP组血管内皮细胞较完整,弹性纤维排列较规则。正常对照组大鼠心肌纤维排列成网状,有氧运动组大鼠心肌间有少量炎性细胞浸润,力竭运动组大鼠心肌纤维排列紊乱,大量炎性细胞浸润,力竭运动+LBP组大鼠心肌纤维肿胀,少量炎性细胞浸润。4.IF结果显示:与力竭运动组比较,力竭运动+LBP组大鼠心肌Bax、Caspase3阳性表达减少,Bcl-2阳性表达增多。与AngⅡ组比较,AngⅡ+LBP组细胞质和细胞核中Nrf2阳性表达增加,细胞质中GCLM阳性表达增加。荧光显微镜下观察到SiRNA转染内皮细胞的效率在80%以上。5.TUNEL染色结果显示:与力竭运动组比较,力竭运动+LBP组大鼠胸主动脉血管阳性表达明显减少。6.Western Blot结果显示:与力竭运动组比较,力竭运动+LBP组大鼠胸主动脉血管组织TNF-α、Keap1蛋白表达下降(P<0.05,P<0.01),Nrf2、P-Nrf2、GCLC、NQO1、GCLM蛋白表达升高(P<0.05)。与力竭运动组比较,力竭运动+LBP组大鼠心肌组织TNF-α、Keap1蛋白表达下降(P<0.05),Nrf2蛋白表达升高(P<0.01),P-Nrf2、GCLM蛋白表达升高,GCLC、NQO1蛋白表达升高(P<0.05)。与AngⅡ组比较,AngⅡ+LBP组TNF-α、Keap1蛋白表达下降(P<0.05),Nrf2、NQO1蛋白表达升高,P-Nrf2、GCLC、GCLM蛋白表达升高(P<0.05)。与空白对照组比较,SiRNA5组的Nrf2和P-Nrf2蛋白表达降低更明显(P<0.05,P<0.01)。与AngⅡ+LBP组比较,SiRNA+AngⅡ+LBP组的Nrf2蛋白表达下降(P<0.05),P-Nrf2的蛋白表达下降。7.IHC结果显示:与力竭运动组比较,力竭运动+LBP组大鼠胸主动脉血管组织TNF-α阳性表达减少,Nrf2、GCLC、NQO1、GCLM阳性表达增加。与力竭运动组比较,力竭运动+LBP组大鼠心肌组织TNF-α细胞核阳性表达减少,Nrf2阳性表达增加,NQO1、GCLM阳性表达增加。8.RT-qPCR结果显示:与AngⅡ组比较,AngⅡ+LBP组TNF-α、IL-6的mRNA表达下降(P<0.05),IL-1β、Keap1的mRNA表达下降(P<0.01),Nrf2、NQO1的mRNA表达升高(P<0.01),GCLC、GCLM的mRNA表达升高(P<0.05)。与空白对照组比较,SiRNA5组的Nrf2的mRNA表达降低更明显(P<0.05)。与AngⅡ+LBP组比较,SiRNA+AngⅡ+LBP组TNF-α、IL-6、IL-1β的mRNA表达升高(P<0.05)。9.流式细胞术结果显示:与AngⅡ+LBP组比较,SiRNA+AngⅡ+LBP组TNF-α阳性细胞数升高(P<0.001)。结论LBP通过改善内皮细胞的氧化应激状态以及炎症反应,增强了内皮细胞中Keap1/Nrf2抗氧化应激信号通路的表达,进而提高内皮细胞的抗氧化应激能力,缓解机体的氧化应激状态和血管心肌的损伤和细胞凋亡,最终起到保护心血管系统的功能。
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