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目的:本文以急性心肌缺血(Acute Myocardial Ischemia,AMI)大鼠为研究对象,以针刺联合骨髓间充质干细胞(Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells,BM-MSCs)静脉移植为干预手段,旨在探讨针刺联合BM-MSCs静脉移植改善大鼠急性心肌缺血作用情况,并从炎症反应、细胞凋亡及生长因子变化三个方面探讨了针刺联合BM-MSCs静脉改善大鼠急性心肌缺血的相关分子生物学机制。
材料与方法:
1.BM-MSCs的分离、培养、传代、鉴定和标记:健康雄性SD大鼠3只(SPF级,4周龄,体重150-160g),采用7%水合氯醛(5 mL/kg)腹腔注射麻醉,浸泡于75%酒精消毒5min,无菌条件下取胫骨、股骨,PBS缓冲液冲洗出骨髓制成单细胞悬液,离心后接种于培养瓶,放置于培养箱中采用全骨髓贴壁法培养,及时更换培养基,待细胞铺满培养瓶底部并融合成单层时,用0.25%胰蛋白酶消化后,按1∶2传代培养,显微镜观察细胞形态变化,取第三代细胞采用流式细胞仪检测细胞表面标记(CD29、CD73、CD90、CD44、CD45),并取第三代细胞BrdU标记后采用荧光显微镜观察阳性细胞标记率。
2.AMI大鼠模型的制备:60只健康雄性SD大鼠,腹腔注射7%水合氯醛(5 mL/kg)麻醉,通过结扎冠状动脉左前降支复制AMI大鼠模型,将存活的大鼠随机分为模型组、干细胞组、针刺组、针刺联合干细胞组,每组10只;同时另有15只大鼠仅在相同部位穿刺手术缝合线而不结扎,随机挑选术后存活大鼠10只作为假手术组。
3.针刺联合BM-MSCs静脉移植干预AMI大鼠:造模结束后1小时,干细胞组、针刺联合干细胞组大鼠经尾静脉注射0.5ml的BM-MSCs(2×106个/ml),同时其余各组注射同等剂量的生理盐水。对针刺组、针刺联合干细胞组大鼠采取电针双侧内关、心俞穴,刺入皮下深度2-3mm,疏密波,频率2Hz,强度2mA左右,以局部肌肉出现轻度震颤收缩为度,留针30min,24h治疗一次,共治疗10次;其他各组不针刺,但在同时同地以同样方式进行抓取和固定。期间观察各组大鼠体重、毛发、体态、饮食、二便、运动等一般情况。治疗结束后检测各组大鼠心电图、心脏超声,随即处死各组大鼠,取腹主动脉全血,分离出血清备用;同时快速取出心脏,生理盐水冲洗干净,每组随机挑选1个心脏样本,在缺血区域切薄片5片,用于大鼠心肌缺血面积的测定,其他心脏样本—80℃超低温冰箱冻存备用。本文分两个部分讨论针刺联合BM-MSCs静脉移植改善大鼠急性心肌缺血作用情况,并从炎症反应、细胞凋亡及生长因子变化三个方面探讨了针刺联合BM-MSCs静脉改善大鼠急性心肌缺血的相关分子生物学机制。
(1)针刺联合BM-MSCs移植改善大鼠AMI作用研究
观察BM-MSCs传代培养时的形态学特征与变化,分析BM-MSCs的鉴定和标记结果,采集大鼠心电图和心脏超声数据并分析,采用氯化三苯基四氮唑(triphenyltetrazolium chloride,TTC)染色法测定AMI后各组大鼠的心肌缺血面积。
(2)针刺联合BM-MSCs移植改善大鼠AMI相关分子机制研究
苏木精-伊红(Hematoxylin-eosin staining,HE)染色法检测AMI后各组大鼠心肌细胞形态和炎症浸润情况;蛋白质印迹法(Western Blot,WB)技术检测大鼠心肌组织Bcl-2、Bax、Caspase-3、NF-κB、VEGF、b-FGF、TGF-β蛋白的相对表达量;酶联免疫吸附试验(Enzyme Linked Immunosorbent Assay,ELISA)技术检测大鼠心肌TNF-a、IL-1、IL-6、IL-8、IL-10蛋白的相对表达量。
结果:
1.与假手术组比较,模型组大鼠LVDd、LVDs明显升高(P<0.01),而LVEF、LVFS明显降低(P<0.01);与模型组比较,干细胞组、针刺组、针刺联合干细胞组大鼠大鼠LVDd、LVDs明显降低(P<0.01),而LVEF、LVFS明显升高(P<0.01);与干细胞组比较,针刺组大鼠LVDd、LVDs、LVEF、LVFS无明显差异(P>0.05);与针刺组比较,针刺联合干细胞组大鼠LVDd、LVDs明显降低(P<0.01),而LVEF、LVFS明显升高(P<0.01)。
2.假手术组大鼠未见心肌缺血;与假手术组比较,模型组大鼠心肌缺血面积明显升高(P<0.01),缺血区面积占左心室总面积的18.39%;与模型组比较,干细胞组、针刺组、针刺联合干细胞组大鼠心肌缺血面积比例均明显降低(P<0.01);与干细胞组比较,针刺组大鼠心肌缺血面积比例无明显变化,针刺联合干细胞组大鼠心肌缺血面积比例均明显降低(P<0.01);与针刺组比较,针刺联合干细胞组大鼠心肌缺血面积明显高于针刺组、干细胞组(P<0.01)。
3.与假手术组比较,模型组大鼠心肌组织中NF-κB、TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8相对表达量明显升高(P<0.01);与模型组比较,干细胞组、针刺组、针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中NF-κB、TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8相对表达量明显降低(P<0.01);与干细胞组比较,针刺组、针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中NF-κB、TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8相对表达量明显降低(P<0.01或P<0.05);与针刺组比较,针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中NF-κB、TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8相对表达量明显降低(P<0.01)。
4.与假手术组比较,模型组大鼠心肌组织中IL-10相对表达量明显降低(P<0.01);与模型组比较,干细胞组、针刺组、针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中IL-10相对表达量明显升高(P<0.01);与干细胞组比较,针刺组大鼠心肌组织中IL-10相对表达量无明显变化(P>0.05),针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中IL-10相对表达量明显升高(P<0.01);与针刺组比较,针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中IL-10相对表达量明显升高(P<0.01)。
5.与假手术组比较,模型组大鼠心肌组织中Bax、Caspase-3相对表达量明显升高(P<0.01);与模型组比较,干细胞组、针刺组、针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中Bax、Caspase-3相对表达量明显降低(P<0.01);针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中Bax、Caspase-3相对表达量明显低于针刺组、干细胞组(P<0.01)。
6.与假手术组比较,模型组大鼠心肌组织中Bcl-2相对表达量明显降低(P<0.01);与模型组比较,干细胞组、针刺组、针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中Bcl-2相对表达量明显升高(P<0.01);与干细胞组比较,针刺组大鼠心肌组织中Bcl-2相对表达量无明显变化(P>0.05),针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中Bcl-2相对表达量明显升高(P<0.01);与针刺组比较,针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中Bcl-2相对表达量明显升高(P<0.01)。
7.与假手术组比较,模型组大鼠心肌组织中VEGF、b-FGF、TGF-β相对表达量明显升高(P<0.01);与模型组比较,干细胞组、针刺组、针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中VEGF、b-FGF、TGF-β相对表达量明显升高(P<0.01);与干细胞组比较,针刺组、针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中VEGF、b-FGF、TGF-β相对表达量明显升高(P<0.01);与针刺组比较,针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中VEGF、b-FGF、TGF-β相对表达量明显升高(P<0.01)。
结论:
1.针刺联合BM-MSCs移植能够显著改善AMI大鼠心电图和心脏超声变化,降低AMI大鼠左心室心肌缺血面积,提高AMI大鼠心脏功能,为临床治疗本病提供了新思路。
2.针刺联合BM-MSCs移植能够通过下调AMI大鼠NF-κB表达,降低炎症因子TNF-a、IL-1、IL-6、IL-8水平,以及上调抑炎因子IL-10水平,减轻AMI后过度表达的炎症反应,从而减轻心肌细胞坏死;通过调节凋亡相关蛋白Bcl-2、Bax、Caspase-3表达,从而减少AMI后心肌细胞凋亡;通过调节细胞生长因子VEGF、b-FGF、TGF-β表达,诱导内皮细胞形成,从而改善心肌供血。
材料与方法:
1.BM-MSCs的分离、培养、传代、鉴定和标记:健康雄性SD大鼠3只(SPF级,4周龄,体重150-160g),采用7%水合氯醛(5 mL/kg)腹腔注射麻醉,浸泡于75%酒精消毒5min,无菌条件下取胫骨、股骨,PBS缓冲液冲洗出骨髓制成单细胞悬液,离心后接种于培养瓶,放置于培养箱中采用全骨髓贴壁法培养,及时更换培养基,待细胞铺满培养瓶底部并融合成单层时,用0.25%胰蛋白酶消化后,按1∶2传代培养,显微镜观察细胞形态变化,取第三代细胞采用流式细胞仪检测细胞表面标记(CD29、CD73、CD90、CD44、CD45),并取第三代细胞BrdU标记后采用荧光显微镜观察阳性细胞标记率。
2.AMI大鼠模型的制备:60只健康雄性SD大鼠,腹腔注射7%水合氯醛(5 mL/kg)麻醉,通过结扎冠状动脉左前降支复制AMI大鼠模型,将存活的大鼠随机分为模型组、干细胞组、针刺组、针刺联合干细胞组,每组10只;同时另有15只大鼠仅在相同部位穿刺手术缝合线而不结扎,随机挑选术后存活大鼠10只作为假手术组。
3.针刺联合BM-MSCs静脉移植干预AMI大鼠:造模结束后1小时,干细胞组、针刺联合干细胞组大鼠经尾静脉注射0.5ml的BM-MSCs(2×106个/ml),同时其余各组注射同等剂量的生理盐水。对针刺组、针刺联合干细胞组大鼠采取电针双侧内关、心俞穴,刺入皮下深度2-3mm,疏密波,频率2Hz,强度2mA左右,以局部肌肉出现轻度震颤收缩为度,留针30min,24h治疗一次,共治疗10次;其他各组不针刺,但在同时同地以同样方式进行抓取和固定。期间观察各组大鼠体重、毛发、体态、饮食、二便、运动等一般情况。治疗结束后检测各组大鼠心电图、心脏超声,随即处死各组大鼠,取腹主动脉全血,分离出血清备用;同时快速取出心脏,生理盐水冲洗干净,每组随机挑选1个心脏样本,在缺血区域切薄片5片,用于大鼠心肌缺血面积的测定,其他心脏样本—80℃超低温冰箱冻存备用。本文分两个部分讨论针刺联合BM-MSCs静脉移植改善大鼠急性心肌缺血作用情况,并从炎症反应、细胞凋亡及生长因子变化三个方面探讨了针刺联合BM-MSCs静脉改善大鼠急性心肌缺血的相关分子生物学机制。
(1)针刺联合BM-MSCs移植改善大鼠AMI作用研究
观察BM-MSCs传代培养时的形态学特征与变化,分析BM-MSCs的鉴定和标记结果,采集大鼠心电图和心脏超声数据并分析,采用氯化三苯基四氮唑(triphenyltetrazolium chloride,TTC)染色法测定AMI后各组大鼠的心肌缺血面积。
(2)针刺联合BM-MSCs移植改善大鼠AMI相关分子机制研究
苏木精-伊红(Hematoxylin-eosin staining,HE)染色法检测AMI后各组大鼠心肌细胞形态和炎症浸润情况;蛋白质印迹法(Western Blot,WB)技术检测大鼠心肌组织Bcl-2、Bax、Caspase-3、NF-κB、VEGF、b-FGF、TGF-β蛋白的相对表达量;酶联免疫吸附试验(Enzyme Linked Immunosorbent Assay,ELISA)技术检测大鼠心肌TNF-a、IL-1、IL-6、IL-8、IL-10蛋白的相对表达量。
结果:
1.与假手术组比较,模型组大鼠LVDd、LVDs明显升高(P<0.01),而LVEF、LVFS明显降低(P<0.01);与模型组比较,干细胞组、针刺组、针刺联合干细胞组大鼠大鼠LVDd、LVDs明显降低(P<0.01),而LVEF、LVFS明显升高(P<0.01);与干细胞组比较,针刺组大鼠LVDd、LVDs、LVEF、LVFS无明显差异(P>0.05);与针刺组比较,针刺联合干细胞组大鼠LVDd、LVDs明显降低(P<0.01),而LVEF、LVFS明显升高(P<0.01)。
2.假手术组大鼠未见心肌缺血;与假手术组比较,模型组大鼠心肌缺血面积明显升高(P<0.01),缺血区面积占左心室总面积的18.39%;与模型组比较,干细胞组、针刺组、针刺联合干细胞组大鼠心肌缺血面积比例均明显降低(P<0.01);与干细胞组比较,针刺组大鼠心肌缺血面积比例无明显变化,针刺联合干细胞组大鼠心肌缺血面积比例均明显降低(P<0.01);与针刺组比较,针刺联合干细胞组大鼠心肌缺血面积明显高于针刺组、干细胞组(P<0.01)。
3.与假手术组比较,模型组大鼠心肌组织中NF-κB、TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8相对表达量明显升高(P<0.01);与模型组比较,干细胞组、针刺组、针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中NF-κB、TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8相对表达量明显降低(P<0.01);与干细胞组比较,针刺组、针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中NF-κB、TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8相对表达量明显降低(P<0.01或P<0.05);与针刺组比较,针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中NF-κB、TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8相对表达量明显降低(P<0.01)。
4.与假手术组比较,模型组大鼠心肌组织中IL-10相对表达量明显降低(P<0.01);与模型组比较,干细胞组、针刺组、针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中IL-10相对表达量明显升高(P<0.01);与干细胞组比较,针刺组大鼠心肌组织中IL-10相对表达量无明显变化(P>0.05),针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中IL-10相对表达量明显升高(P<0.01);与针刺组比较,针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中IL-10相对表达量明显升高(P<0.01)。
5.与假手术组比较,模型组大鼠心肌组织中Bax、Caspase-3相对表达量明显升高(P<0.01);与模型组比较,干细胞组、针刺组、针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中Bax、Caspase-3相对表达量明显降低(P<0.01);针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中Bax、Caspase-3相对表达量明显低于针刺组、干细胞组(P<0.01)。
6.与假手术组比较,模型组大鼠心肌组织中Bcl-2相对表达量明显降低(P<0.01);与模型组比较,干细胞组、针刺组、针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中Bcl-2相对表达量明显升高(P<0.01);与干细胞组比较,针刺组大鼠心肌组织中Bcl-2相对表达量无明显变化(P>0.05),针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中Bcl-2相对表达量明显升高(P<0.01);与针刺组比较,针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中Bcl-2相对表达量明显升高(P<0.01)。
7.与假手术组比较,模型组大鼠心肌组织中VEGF、b-FGF、TGF-β相对表达量明显升高(P<0.01);与模型组比较,干细胞组、针刺组、针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中VEGF、b-FGF、TGF-β相对表达量明显升高(P<0.01);与干细胞组比较,针刺组、针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中VEGF、b-FGF、TGF-β相对表达量明显升高(P<0.01);与针刺组比较,针刺联合干细胞组大鼠心肌组织中VEGF、b-FGF、TGF-β相对表达量明显升高(P<0.01)。
结论:
1.针刺联合BM-MSCs移植能够显著改善AMI大鼠心电图和心脏超声变化,降低AMI大鼠左心室心肌缺血面积,提高AMI大鼠心脏功能,为临床治疗本病提供了新思路。
2.针刺联合BM-MSCs移植能够通过下调AMI大鼠NF-κB表达,降低炎症因子TNF-a、IL-1、IL-6、IL-8水平,以及上调抑炎因子IL-10水平,减轻AMI后过度表达的炎症反应,从而减轻心肌细胞坏死;通过调节凋亡相关蛋白Bcl-2、Bax、Caspase-3表达,从而减少AMI后心肌细胞凋亡;通过调节细胞生长因子VEGF、b-FGF、TGF-β表达,诱导内皮细胞形成,从而改善心肌供血。