发形霞水母触手提取物的心脏毒性及其作用机制探讨
本文选题:发形霞水母 + 触手提取物 ; 参考:《第二军医大学》2013年硕士论文
【摘要】:近年来,由于气候变暖与富营养化等因素的影响,全球近海海域水母爆发日益频繁[1,2,3,4,5],水母蜇伤成为最常见的海洋生物伤[6,7]。水母蜇伤会产生剧烈疼痛、炎症与坏死等局部症状,严重者会出现肌肉痉挛、呼吸、循环系统抑制甚至休克等全身中毒症状,急性心力衰竭被认为是水母蜇伤致死的主要原因[4,8]。研究表明水母毒素对心血管、神经、肌肉、肝、肾等多器官系统具有毒性作用,其中心血管毒性被认为是水母毒素毒力强弱的主要判断依据[9],但迄今水母毒素心血管毒性的作用机制尚不清楚。本文中,我们首先在离体心脏水平证明发形霞水母(Cyanea capillata)触手提取物(tentacle extract, TE)具有直接的心脏毒性作用;然后对TE心脏毒性的作用机理进行了研究,发现CICR(Ca~(2+)-induced Ca~(2+)release)信号通路在TE引起的急性心功能异常中起着重要的作用,β肾上腺素受体-cAMP-PKA-RyR2-Ca~(2+)信号通路也与TE引起的急性心功能异常有关。 实验方法: 第一部分:离体心脏水平TE直接心脏毒性作用的研究 用Langendorff-Perfused离体心脏模型监测TE作用后各种心功能指标(心率(heart rate, HR)、左心室发展压(left ventricular developed pressure, Lvdp)、左心室压上升与下降的最大变化速率(the positive and negative derivatives of left ventricularpressure,±dP/dtmax)、冠脉流量(coronary flow, CF)、左心室舒张末压(left ventricularend diastolic pressure, Lvedp))以及心电图(electrocardiogram, ECG)的变化;采用自动生化分析仪测定TE作用后心脏损伤相关酶(乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)、谷草转氨酶(aspartate aminotransferase, AST)、肌酸激酶(creatine kinase, CK))的变化;并观察TE作用后心脏出现的病理学变化。预先给予不同种类的药物(二氢吡啶类Ca~(2+)通道拮抗剂硝苯地平(0.25μM)与苯烷胺Ca~(2+)通道拮抗剂维拉帕米(0.1μM),非选择性β肾上腺素受体阻断剂普奈洛尔(1μM)与非选择性α肾上腺素受体阻断剂酚妥拉明(1μM),非选择性毒蕈碱受体拮抗剂阿托品(1.5μM)或可逆性胆碱酯酶药物新斯的明(3.3μM))后,分别观察离体心脏心功能指标在TE作用后的变化。 第二部分:TE心脏毒性的作用机制研究 在整体动物与离体心脏水平检测TE作用后各心功能指标的变化,在心肌细胞水平观察TE对乳鼠心肌细胞形态、存活率以及细胞内心肌酶的影响。用Ca~(2+)检测试剂盒检测TE作用后心脏组织中Ca~(2+)含量的变化,激光扫描共聚焦技术检测TE作用后乳鼠心肌细胞内Ca~(2+)含量及细胞形态的变化。观察不同阳离子通道阻断剂(13种)干预后,TE对乳鼠心肌细胞存活率的影响,筛选出有效拮抗TE心肌细胞毒性的药物,进一步在离体心脏与整体动物水平验证其对TE心脏毒性的拮抗作用。然后综合分析CICR信号通路在TE心脏毒性作用中的机制。 我们还在心肌细胞水平,用western blot技术检测TE作用后细胞内β1-肾上腺素受体(β1-adrenergic receptor, β1-AR)蛋白表达量的变化。酶联免疫(enzyme linkedimmunosorbent assay, Elisa)法检测TE作用后乳鼠心肌细胞内cAMP浓度的变化,以及β肾上腺素受体阻断剂(普奈洛尔、阿替洛尔、艾司洛尔)干预后TE对细胞内cAMP浓度的影响。在细胞外不含Ca~(2+)的条件下用PKA(protein kinaseA, PKA)抑制剂H89干预后观察TE对乳鼠心肌细胞存活率的影响。初步探讨β肾上腺素-cAMP-PKA-RyR2-Ca~(2+)信号通路在TE心脏毒性作用中的机制。 实验结果: 第一部分:离体心脏水平TE直接心脏毒性作用的研究 TE剂量分别为60、120、180、240μg时,心功能指标HR、Lvdp、±dP/dtmax、CF呈明显的剂量依赖性降低,,Lvedp呈明显的剂量依赖性增加;ECG也出现明显的剂量与时间依赖性变化。当TE剂量大于240μg时,心脏会出现严重的心律不齐(心室颤动或者高度房室传导阻断),15min后骤停。在TE剂量为180μg时,心脏损伤相关酶LDH、AST、CK明显增加;组织病理学检查发现心脏出现多种损伤:波状纤维、心肌细胞直径不规则以及间质水肿。硝苯地平与维拉帕米可以明显改善TE引起的心脏损伤,普奈洛尔与酚妥拉明可部分改善TE引起的心脏损伤,但是阿托品与新斯的明对TE引起的心脏损伤没有明显作用。 第二部分:TE心脏毒性作用机制的探讨 在整体动物与离体心脏水平,TE均可导致心功能指标发生明显变化;在乳鼠心肌细胞水平,TE作用后细胞的存活率呈剂量与时间依赖性下降。激光扫描共聚焦检测发现在细胞外含Ca~(2+)(1.27mmol/L)与不含Ca~(2+)的条件下,TE都可引起心肌细胞内Ca~(2+)超载,并且细胞外含Ca~(2+)条件下比不含Ca~(2+)时Ca~(2+)增加更迅速(5min),达到Ca~(2+)峰值的时间更早(约10min),细胞形态变化更明显。利用多种离子通道阻断剂对TE的心肌细胞毒性作用进行干预,发现L-型Ca~(2+)通道(L-type Ca~(2+)channel,LTCC)阻断剂(如地尔硫卓)可明显提高心肌细胞的存活率,用RyR2拮抗剂(ryanodine)干预后心肌细胞的存活率也明显提高,提示TE的心脏毒性可能与CICR信号通路有关;地尔硫卓在离体心脏与整体动物水平也可以明显拮抗TE引起的急性心功能异常,进一步说明CICR信号通路在TE的心脏毒性中起着重要作用。 TE作用心肌细胞后,细胞内β1-AR的蛋白表达量与cAMP的浓度呈明显的剂量依赖性增加,提示TE的心脏毒性可能与过度激活β肾上腺素-cAMP-PKA-RyR2-Ca~(2+)信号通路有关;β肾上腺素受体阻断剂(普奈洛尔、阿替洛尔、艾司洛尔)干预后,可以明显拮抗TE引起的心肌细胞内cAMP浓度的增加;在细胞外不含Ca~(2+)的条件下用PKA抑制剂H89进行干预,可明显提高TE作用后乳鼠心肌细胞的存活率。进一步表明β肾上腺素受体-cAMP-PKA-RyR2-Ca~(2+)信号通路可能也是TE引起心功能异常的重要作用机制之一。 结论: 1.在离体心脏水平通过对TE作用后各种心功能指标、ECG变化的监测以及对心肌损伤相关酶变化的测定,证明TE对心脏有直接的毒性作用。 2.在整体动物、离体心脏、心肌细胞以及分子水平证明CICR信号通路在TE引起的急性心功能异常中起着重要作用。 3.在细胞与分子水平初步证明β肾上腺素受体-cAMP-PKA-RyR2-Ca~(2+)信号通路与TE引起急性心功能异常有关。
[Abstract]:In recent years , due to the effects of climate warming and eutrophication , jellyfish sting has become the main cause of severe pain , inflammation and necrosis .
The effect of CICR ( Ca ~ ( 2 + ) - induced Ca ~ ( 2 + ) release signal pathway plays an important role in the acute cardiac dysfunction induced by TE , and 尾 - adrenergic receptor - cAMP - protein - RyR2 - Ca ~ ( 2 + ) signal pathway is also related to the abnormal cardiac function caused by TE .
Test Method :
Part I : Study on the direct cardiotoxicity of isolated rat heart
The changes of left ventricular pressure ( 卤 dP / dtmax ) , left ventricular pressure ( 卤 dP / dtmax ) , left ventricular pressure ( 卤 dP / dtmax ) , left ventricular diastolic pressure ( Lvedp )) , and electrocardiogram ( ECG ) were monitored by using Langenstein - Perfused isolated heart model to monitor the changes of heart rate ( HR ) , left ventricular developed pressure ( LVdp ) , left ventricular pressure rise and left ventricular developed pressure ( LVdp ) , left ventricular pressure rise and left ventricular pressure ( 卤 dP / dtmax ) , coronary flow ( CF ) , left ventricular diastolic pressure ( Lvedp )) , and electrocardiogram ( ECG ) ;
The changes of cardiac injury related enzymes ( lactate dehydrogenase , LDH ) , aspartate aminotransferase ( AST ) , creatine kinase ( CK )) were measured by automated biochemistry analyzer .
The changes of cardiac function in isolated heart after TE action were observed after administration of nifedipine ( 0.25 渭M ) and phenylalkylamine Ca ~ ( 2 + ) channel antagonist verapamil ( 0.1 渭M ) , non - selective 尾 - adrenergic receptor blocker ( 1 渭M ) and non - selective 伪 - adrenergic receptor blocker phentolamine ( 1 渭M ) , non - selective muscarinic receptor antagonist atropine ( 1.5 渭M ) or reversible cholinesterase ( 3.3 渭M ) .
Part Two : Study on the Mechanism of TE Cardiac Toxicity
The effects of TE on myocardial cell morphology , survival rate and intracellular myocardial enzymes were observed after TE action . The effects of TE on the survival rate of cardiac muscle cells were detected by Ca ~ ( 2 + ) detection kit . The effect of TE on the survival rate of rat cardiomyocytes was detected by using Ca ~ ( 2 + ) detection kit .
The effect of TE on the intracellular cAMP concentration in rat cardiomyocytes was detected by Western blot . The effect of TE on the intracellular cAMP concentration was observed after the intervention of 尾 1 - adrenergic receptor ( 尾 1 - AR ) . The effect of TE on the survival rate of rat cardiomyocytes was observed after the intervention of 尾 - adrenergic receptor blocker H89 . The mechanism of 尾 - adrenergic - cAMP - protein - RyR2 - Ca ~ ( 2 + ) signaling pathway in the toxicity of TE cardiotoxicity was investigated .
Experimental results :
Part I : Study on the direct cardiotoxicity of isolated rat heart
When the doses of TE were 60 , 120 , 180 and 240 渭g , HR , LVdp , 卤 dP / dtmax , CF decreased significantly and Lvedp increased significantly .
There was also a significant dose and time - dependent change in ECG . When the TE dose was greater than 240 渭g , severe arrhythmia ( ventricular fibrillation or high AV block ) occurred in the heart . After 15 min , the cardiac injury related enzyme LDH , AST and CK were significantly increased .
It was found that there were a number of lesions in the heart : wave - like fibers , irregular diameter of myocardial cells , and interstitial edema . nifedipine and verapamil could significantly improve the cardiac injury induced by TE , but both propofol and phentolamine could improve TE - induced cardiac injury , but atropine and neostigmine had no significant effect on TE - induced cardiac injury .
Part Two : Discussion on the Mechanism of TE Cardiac Toxicity
In the whole animal and in vitro cardiac level , TE could lead to a marked change in cardiac function index .
In the presence of Ca ~ ( 2 + ) ( 1.27 mmol / L ) and Ca ~ ( 2 + ) without Ca ~ ( 2 + ) , the intracellular Ca ~ ( 2 + ) increased more rapidly ( 5 min ) than Ca ~ ( 2 + ) .
The acute cardiac function caused by TE can be significantly antagonized in the isolated heart and the whole animal level , and the CICR signal pathway plays an important role in the cardiac toxicity of TE .
The expression of 尾 1 - AR in the cells increased significantly with the concentration of cAMP , suggesting that the cardiac toxicity of TE might be related to the excessive activation of 尾 - adrenergic - cAMP - 1 - RyR2 - Ca ~ ( 2 + ) signal pathway .
The concentration of cAMP in the myocardial cells induced by TE could be significantly antagonized by the intervention of 尾 - adrenergic receptor blocker ( Pnerol , Atenolol , Esmolol ) .
Under the condition of no Ca ~ ( 2 + ) in extracellular Ca ~ ( 2 + ) , the survival rate of neonatal rat cardiomyocytes after TE was significantly increased . The results showed that 尾 - adrenergic receptor - cAMP - protein - RyR2 - Ca ~ ( 2 + ) signaling pathway might also be one of the important mechanisms of TE - induced cardiac dysfunction .
Conclusion :
1 . It is demonstrated that TE has a direct toxic effect on the heart at isolated heart levels by measuring various cardiac function indices , monitoring changes in ECG , and changes in cardiac injury - related enzymes after TE .
2 . The CICR signal pathway plays an important role in the acute cardiac dysfunction caused by TE in whole animal , isolated heart , myocardial cell and molecular level .
3 . At the level of cell and molecular level , it is shown that the 尾 - adrenergic receptor - cAMP - protein - RyR2 - Ca ~ ( 2 + ) signal pathway is related to the abnormal cardiac function caused by TE .
【学位授予单位】:第二军医大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:R595.8
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本文编号:1828327
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