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编号:10225561
正常人和风湿性心脏病患者心肌铜锌超氧化物歧化酶的免疫组织化学研究
http://www.100md.com 《中国医学杂志》 1992年第4期
     作者:郑毅 刘振华 蔡凯华 侯宁 张振声

    单位:(中国人民解放军海军总医院普通内科,100037)郑毅;(第二军医大学病理教研室)刘振华 蔡凯华;(中国人民解放军总医院电镜室)侯宁;(军事医学科学院仪器中心图象分析室)张振声

    关键词:心肌;超氧化物歧化酶类;免疫组织化学;放射免疫测定

    中华医学杂志920411

    摘要 利用免疫组化和免疫电镜技术研究8名正常人心肌中铜锌超氧歧化酶(CuZn-SOD)的亚细胞分布和51例风湿性心脏病(风心病)患者心肌CuZn-SOD的变化,同时采用放射免疫方法测定心肌中CuZn-SOD的含量。结果表明,多数正常心肌细胞含有CuZn-SOD,心室肌含量多于心房肌,CuZn-SOD分布于细胞浆和细胞核中,线粒体中较少,溶酶体中仅有少量分布,肌浆网和高尔基器等膜结构上几乎未见CuZn-SOD标记金颗粒。风心病患者心肌CuZn-SOD阳性程度和心肌纤维化、微动脉病变程度及术后心功能恢复有关;各种细胞器中CuZn-SOD的变化可能与细胞膜结构损伤有关。
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    超氧化物歧化酶(SOD)是机体防御氧自由基损害的重要酶系统之一。目前,以生化方法测定生物血液或组织中SOD含量及活性的工作已广泛开展,但尚未见关于人心肌SOD亚细胞定位研究的报告。我们利用免疫组化和免疫电镜技术研究了正常人和风湿性心脏病(风心病)患者心肌中铜锌SOD(CuZn-SOD)的亚细胞定位及变化,报告如下。

    材料和方法

    1、主要试剂:(1)人CuZn-SOD纯品(美国Sigma公司产品)。(2)兔抗人CuZn-SOD血清,第二军医大学制备[1]。(3)ABC试剂盒(美国Vector公司产品)。(4)羊抗兔胶体金,军事医学科学院制备。(5)人CuZn-SOD放射免疫测定药盒,第二军医大学制备。

    2、标本来源:正常人心肌标本取自意外死亡的8名健康成年男性,死亡后立即取左室后乳头肌基底部和左房后壁的心肌组织,作为心室及心房组织的代表。另自51例行换瓣术的风心病患者在换瓣术时同样取材。
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    3、光镜免疫组化染色:心肌组织经10%中性福马林溶液固定,常规石蜡包埋,作4μm厚的连续切片。行HE染色和免疫组化染色(ABC法),一抗为1:200兔抗人CuZn-SOD,4℃孵育过夜。同时做空白试验、替代试验和吸收试验等阴性对照试验。

    染色结果判定:按分布范围,1/2以下着色1分,1/2~3/4着色2分,3/4以上着色3分;按染色强度,淡黄褐色1分,黄褐色2分,深黄褐色3分。两者相加为该例总分,1、2分为弱阳性,3、4分为中度阳性,5、6分为强阳性。

    4、免疫电镜:取3名正常人和8例风心病患者的心肌组织,立即以多聚甲醛-戊二醛混合液固定2小时,1%锇酸后固定2小时,梯度酒精脱水,Epon 812包埋,作超薄切片,行胶体金包埋后染色。一抗为1:1000兔抗人CuZn-SOD血清,4℃孵育过夜加室温孵育2小时,二抗为1:20的15nm羊抗兔胶体金,室温孵育15分钟。对照试验同光镜免疫组化染色。
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    5、放射免疫测定:3名正常人和6例风心病患者心肌组织分别制成心房和心室组织匀浆,进行CuZn-SOD放射免疫测定。

    6、定量测量:将光镜下心肌组织图象直接输入自动图象分析仪,测量心肌纤维化面积百分比,心肌微动脉内径、外径、管腔面积,微动脉总面积和微动脉内径与外径的比值。

    7、心功能检查:风心病患者分别于术前和术后1个月时检测射血分数(EF)、左室短轴缩短率(FS)并计算其术后与术前值之差(△EF和△FS)。

    8、统计学处理:方差分析,秩相关。

    结 果

    一、光镜免疫组化染色

    1、正常人心肌中CuZn-SOD情况:8名正常人心肌CuZn-SOD均为中度阳性。大多数心肌细胞着色,呈淡黄褐色,细胞浆中较多,呈颗粒或片状,位于核周或全胞浆;部分核也着色,较淡(图1)。心室肌着色略强于心房肌。血管内皮着色较淡。对照试验阴性。
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    2、风心病患者心肌中CuZn-SOD情况:51例中,强阳性11例,中度阳性22例,弱阳性18例。心肌细胞浆中分布较多,呈颗粒或团块状,部分细胞核着色较深,心肌纤维化周围、心内膜下、病变微动脉附近及轻度变性的心肌细胞染色较深,呈深黄褐色,多为团块状(图2,3),但心肌纤维化严重区域的心肌细胞染色较弱;空泡变性的心肌细胞沿细胞膜着色。纤维化区阴性。对照试验阴性。

    风心病患者心肌CuZn-SOD阳性程度和心肌纤维化百分比密切相关,秩相关系数(rs)为0.602(P<0.01)。中度以上阳性组心肌纤维化程度低,弱阳性组心肌纤维化程度较高,中度阳性组与弱阳性组比较差异有显著意义(P<0.05,表1)。

    表1 51例风心病患者心肌CuZn-SOD阳性程度和心肌纤维化、微动脉病变的关系() 心肌CuZn-SOD阳性程度
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    例数

    心肌纤维化程度(%)

    微动脉内径/外径比值

    强阳性

    11

    21.6±4.5

    0.44±0.04**

    中度阳性

    22

    16.0±2.8*

    0.45±0.03**

, http://www.100md.com     弱阳性

    18

    30.8±4.4

    0.34±0.02

    与弱阳性组比较 * P<0.05, ** P<0.01

    风心病患者心肌CuZn-SOD阳性程度和心肌微动脉内径/外径比值密切相关(rs=0.517,P<0.01)。中度以上阳性组心肌微动脉内径/外径比值较高,弱阳性组比值较低,中度阳性和强阳性组与弱阳性组比较差异有非常显著意义(P<0.01,表1)。

    风心病患者心肌CuZn-SOD阳性程度和换瓣术后心功能的改善密切相关,同△FS的rs为0.561(P<0.01),同△EF的rs为0.555(P<0.01)。心肌CuZn-SOD中度以上阳性组术后心功能多改善,弱阳性组多无改善。中度阳性组与弱阳性组比较差异有显著意义(P<0.05,表2)。
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    表2 51例风心病患者心肌CuZn-SOD阳性程度与术后心功能恢复的关系() 心肌CuZn-SOD阳性程度

    例数

    △FS(%)

    △EF(%)

    强阳性

    11

    3.8±1.6

    5.3±2.3

    中度阳性

    22

, http://www.100md.com     8.0±2.0*

    8.7±2.2*

    弱阳性

    18

    -2.2±2.3

    -2.9±3.0

    * 与弱阳性组比较 P<0.05

    二、免疫电镜

    1、正常人心肌CuZn-SOD分布:标记CuZn-SOD的金颗粒分布于细胞浆及细胞核中(图4)。在细胞核中,主要分布于核仁及染色质区域。在细胞浆中,主要位于胞液和肌原纤维;线粒体中有少量分布,位于线粒体外膜及嵴间(图5);Z线及闰盘附近有散在金颗粒;初级溶酶体上金颗粒极少,次级溶酶体中仅有少量分布(图6);肌浆网、粗面内质网及高尔基器的膜结构上几乎未见金颗粒。心房肌细胞CuZn-SOD分布基本类似于心室肌细胞,不同之处是细胞内胶原上亦有少量金颗粒。毛细血管内皮细胞核中金颗粒略多于细胞浆。对照试验阴性。
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    2、风心病患者心肌CuZn-SOD分布:分布部位同正常心肌细胞,但量有所变化。细胞核中金颗粒增多或减少,肌原纤维上金颗粒减少,退化的线粒体中金颗粒较多,扩大的肌浆网中出现少量金颗粒(图7),次级溶酶体中有部分金颗粒。

    三、放射免疫测定

    正常人心房和心室组织CuZn-SOD含量分别为316±15和611±24μg/g,二者比较差异有非常显著意义(P<0.01)。风心病患者分别为258±76和734±81μg/g,与正常人比较差异无显著意义(P>0.05),可能与检测例数较少(6例)有关。

    讨 论

    超氧阴离子(O-2)是氧自由基呈现毒性反应的重要成分之一,在体内可使多种物质氧化还原。机体对付O-2毒性的酶是SOD,它催化歧化反应,藉以保持机体内O-2的平衡状况。机体中CuZn-SOD含量最高,远远超过锰超氧化物歧化酶和细胞外液超氧化物歧化酶,因此,CuZn-SOD在机体防御氧自由基损害中起重要作用。
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    80年代中末期,一些学者研究了动物或人肝、肺和肾等脏器细胞中CuZn-SOD分布情况[2~6],发现大鼠肝细胞CuZn-SOD分布以溶酶体中含量最高,其次为细胞浆及细胞核,在过氧化物酶体、线粒体中较少。1990年,Oberley等[7]报告了光镜水平的仓鼠心肌CuZn-SOD免疫定位,发现CuZn-SOD均匀分布,心房染色强于心室。本研究证实人心肌细胞内含有CuZn-SOD,主要分布于人心肌细胞浆及细胞核中,提示机体为防御氧自由基介导的损害,在产生氧自由基的细胞内即存在一定的氧自由基清除系统,保护机体细胞。但本研究结果表明,人心肌细胞溶酶体中仅含有极少量CuZn-SOD,这样溶酶体本身就难以抵抗氧自由基损害,导致溶酶体膜损伤,水解酶释放,造成心肌细胞损伤。这可能是心脏对氧自由基毒性十分敏感的原因之一。因此,适当应用稳定溶酶体膜的药物来防御心脏缺血及再灌注损伤和一些心脏疾患可能有一定作用。

    本研究中发现风心病患者心肌CuZn-SOD阳性程度与心肌纤维化、慢性微动脉病变密切相关。纤维化周围、微动脉病变周围及轻度变性的心肌细胞CuZn-SOD染色加深,提示该病变区氧自由基含量增高,刺激心肌细胞生化合成CuZn-SOD增多,以维持氧自由基生成和清除平衡,保护心肌细胞,减轻损害。但在严重纤维化和慢性微动脉病变的心肌中,CuZn-SOD阳性程度降低,可能是由于心肌损害重,细胞功能衰退,合成CuZn-SOD能力减弱,或是组织中氧自由基生成过多,致使组织中CuZn-SOD耗竭。免疫电镜显示风心病患者心肌细胞核及退化的线料体中CuZn-SOD增多或减少,扩大的肌浆网中发现CuZn-SOD标记的金颗粒,提示由于风心病炎症损伤和慢性缺血导致细胞膜结构损伤,以致CuZn-SOD不受限制地出入于各种细胞器。因此,当CuZn-SOD含量下降时,心肌细胞抗氧自由基损伤能力也下降,心肌细胞可能遭受更严重损害。
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    本研究还发现风心病患者心肌CuZn-SOD阳性程度与换瓣术后心功能恢复密切相关。心肌CuZn-SOD弱阳性者,术后心功能多不易改善。其原因之一可能是这类病人心肌病变往往较重,二是心肌中CuZn-SOD含量下降,难以耐受心脏手术之缺血再灌注损伤,使已有病变的心肌进一步损害,致使术后心功能难以恢复。鉴于CuZn-SOD已有成品生产,手术时适当补充外源性CuZn-SOD,可能会改善术后心功能状况。

    图1 正常人大多数心肌细胞CuZn-SOD染色阳性,其分布以胞浆较多,部分细胞核也着色 ABC ×250

    图2 风心病患者心肌纤维化区域中心肌细胞CuZn-SOD染色增强,呈深黄褐色,部分细胞核染色较深,纤维化区域阴性 ABC ×250

    图3 风心病患者心肌血管周围纤维化附近的心肌细胞CuZn-SOD染色增强 ABC ×120
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    图4 正常人心肌细胞CuZn-SOD标记金颗粒分布于细胞浆及细胞核(N)中(m代表线粒体,mf 代表肌原纤维)TEM ×40000

    图5 正常人心肌细胞CuZn-SOD标记金颗粒分布于肌原纤维(mf)和线粒体(m )中 TEM ×18000

    图6 正常人心肌细胞初级溶酶体(Ly1)极少有CuZn-SOD标记金颗粒,次级溶酶体(Ly2)上有少量分布 TEM ×20000

    图7 风心病患者心肌细胞内扩大的肌浆网(SR)中出现CuZn-SOD标记金颗粒(mf代表肌原纤维)TEM ×30000

    本研究工作在第二军医大学病理教研室、中国人民解放军总医院电镜室和军事医学科学院仪器中心图像分析室完成,主要试剂由第二军医大学369研究室提供,黄宏伟、仉灿荣实验师给予大量帮助,在此一并致谢。
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    参考文献

    1 吴德林等,人超氧化物歧化酶的放射免疫测定及其应用,第二军医大学学报 1989;10:56。

    2 Thaete LG, et al. Immunolocalization of copperzinc superoxide dismutase, II. Rat. J Histochem Cytochem 1985;33:803.

    3 Slot JW, et al. Intracellular localization of copperzinc and manganese superoxide dismutases in rat liver parenchymal cells. Lab Invest 1985;55:363.

    4 Chang LY, et al. Molecular immunocytochemistry of the CuZn superoxide dismutase in rat hepatocytes. J Cell Biol 1988;107:2169.
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    5 Yasuyama T, et al. Activities eletrophoretic profiles and immunolocalization of superoxide dismutase in human liver specimens. Jpn J Med 1988;27:34.

    6 Takashima S, et al. Immunohistochemistry of superoxide dismutasel in developing human brain. Brain Dev 1990;12:211.

    7 Oberley TD, et al. Immunohistochemical Iocalization of antioxidant enzymes in adult syrian hamster tissues and during kidney development. Am J Pathol 1990;137:199., 百拇医药