心肌缺血再灌注损伤(myocardial ischemia reperfusion injury,MIRI)是临床上常见的病理过程,是制约急性心肌梗死患者从成功的再灌注疗法中获得最佳疗效的主要因素之一。再灌注损伤的机制至今仍未完全阐明。近年来,大量研究表明,心肌细胞凋亡与缺血再灌注损伤密切相关。已有实验表明,JAK/STAT通路[(非受体酪氨酸蛋白激酶just another kinase,JAK)信号转导子和转录激动子(signal transductorsand activator of transcription,STAT)]在缺血再灌注心肌细胞凋亡中发挥重要作用。
目的:
本研究采用结扎大鼠左冠状动脉前降支(left artery descend, LAD)方法制备心肌缺血再灌注模型来模拟人类急性心肌梗死后的溶栓过程,从整体水平上,观察黄芩茎叶总黄酮(scutellaria baiculensisstem-leaftotal flavonoid,SSTF)在大鼠MIRI时对心肌细胞是否有保护作用及作用机制是否通过活化JAK/STAT通路来实现的,为预治缺血性心脏病的新药开发提供确切的实验与理论依据。
方法:
实验动物分组:50只SD大鼠随机分为:假手术组(sham组),缺血再灌注组(IR组)和SSTF预处理组(又分为SSTFⅠ组,SSTFⅡ组,SSTF Ⅲ组),每组10只。用药:SSTF各组大鼠于术前1周分别灌胃17.5mg∕kg/d、35mg∕kg/d、70mg∕kg/d;IR组和假手术组给予等量生理盐水,连用7d。造模:IR组和SSTF各组结扎大鼠左冠状动脉前降支制备心肌缺血再灌注模型。缺血30min,再灌注2h。假手术组仅暴露血管不阻断血流。检测方法:利用流式细胞术(flow cytometry)检测心肌细胞凋亡情况;透射电镜观察心肌细胞超微结构改变;采用免疫组织化学方法检测心肌细胞JAK2、STAT1及STAT3基因的表达情况。
结果:
1心肌细胞凋亡检测
与sham组(6.78±0.96)%相比,IR组(12.45±2.17)%,细胞凋亡率明显增加(P<0.01);与IR组相比,SSTFⅠ组、SSTFⅡ组、SSTFⅢ组(10.32±2.04,9.44±1.85,7.96±1.23)%,细胞凋亡率均明显降低(P<0.05,P<0.01);SSTFⅡ、Ⅲ组与Ⅰ组相比,细胞凋亡率有统计学差异(P<0.01),但SSTFⅡ、Ⅲ组之间无明显差异(P>0.05),说明SSTF预处理的保护作用可以降低心肌细胞凋亡率,且呈一定的量效关系。
2心肌细胞超微病理变化
①Sham组:心肌组织超微结构变化轻微,心肌细胞无水肿;核膜清晰连续、核仁位于中央;肌原纤维分布均匀,明暗带清晰,粗细肌丝清晰、无断裂;线粒体完整,结构正常,嵴间隙略增宽。②IR组:心肌细胞明显肿胀,肌膜断续,核膜模糊,异染色质边集,核仁消失;肌原纤维分布不均,大量肌丝断裂、溶解,形成大小不等的肌溶灶;线粒体肿胀,外膜断裂,嵴不规则或断裂成絮状,甚至空泡化;肌浆网扩张;出现凋亡细胞和凋亡小体。③SSTFⅠ组,心肌细胞肿胀,局部肌膜断裂,部分肌原纤维排列不规则,肌溶灶较IR组减少,线粒体仍肿胀,外膜较完整,嵴亦有断裂成致密的絮状,可见空泡化线粒体。④SSTFⅡ组:仍有肌丝断裂、溶解;缺血边缘区心肌肌原纤维较规则,线粒体轻度肿胀,外膜完整,多数线粒体基质电子密度增高,部分线粒体嵴断裂。⑤SSTFⅢ组:损伤明显减轻,心肌细胞轻度肿胀,膜结构较清晰,肌原纤维排列较整齐,A、Z、H带较清晰,仍有少量断裂的肌丝,线粒体轻度肿胀。
3心肌细胞JAK2蛋白表达
JAK2蛋白表达:Sham组(0.096±0.018)%, IR组(0.278±0.049)%,SSTFⅠ组、 SSTF II组、 SSTF III组分别为(0.254±0.047,0.223±0.036,0.198±0.025)%;IR组明显高于假手术组(P<0.01),SSTF预处理各组表达均低于IR组(P<0.05,P<0.01)。其中SSTFⅡ、Ⅲ组与Ⅰ组间比较,JAK2蛋白表达降低较SSTFⅠ组明显,差异有显著意义(P<0.01)。
4心肌细胞STAT蛋白表达情况
STAT1蛋白表达:Sham组(0.084±0.05)%,IR组(0.257±0.09)%,SSTFⅠ组、SSTF II组、SSTF III组分别为(0.211±0.07,0.168±0.04,0.117±0.06)%;与sham组比较,IR组明显增高(P<0.01),与IR比较,SSTF组降低(P<0.05,P<0.01)。其中SSTFⅡ、Ⅲ组与Ⅰ组间比较,STAT1蛋白表达降低较SSTFⅠ组明显,差异有显著意义(P<0.01)。
STAT3蛋白表达:sham组(0.276±0.09)%,IR组(0.074±0.04)%,SSTFⅠ组、 SSTF II组、 SSTF III组分别为(0.185±0.06,0.193±0.08,0.237±0.10)%;与假手术组比较,IR组表达明显减少(P<0.01),与IR组比较,SSTF各组表达增加(P<0.05,P<0.01)。其中SSTFⅡ、Ⅲ组STAT3蛋白表达较为接近(P>0.05),且均高于SSTFⅠ组(P<0.01)。
结论:
1.SSTF预防用药可提高心肌对缺血再灌注损伤的抵抗能力,降低心肌超微结构损伤程度。
2.SSTF各组经预防用药可通过下调JAK2及STAT1蛋白表达,上调STAT3蛋白表达,其中SSTFⅡ、Ⅲ组较SSTFⅠ组的保护效果更好,且SSTFⅡ、Ⅲ组对损伤心肌的保护作用无明显差别。说明SSTF预处理的保护作用可以降低心肌细胞凋亡率,且呈一定的量效关系。
综上所述,SSTF是通过活化JAK/STAT通路实现对心肌保护作用的。