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编号:10205795
慢性心力衰竭大鼠模型尿液水通道蛋白2的检测
http://www.100md.com 《中华心血管病杂志》 2000年第3期
     慢性心力衰竭大鼠模型尿液水通道蛋白2的检测

    许顶立 殷晓燕 邓英姿 任昊

    摘 要 目的 探讨慢性心力衰竭大鼠模型尿液水通道蛋白2(aquaporin-2)浓度的改变及其与肾脏水通道蛋白2基因表达的相关性。方法 应用左冠状动脉结扎制备慢性心力衰竭大鼠模型,术后第9周应用Western蛋白印迹测定尿液水通道蛋白2浓度和肾脏水通道蛋白2表达水平。结果 慢性心力衰竭大鼠和对照组大鼠尿液水通道蛋白2吸光度比分别为(365.5±102.9)%和(98.5±47.6)%(P<0.01),心力衰竭大鼠尿液水通道蛋白2浓度与肾脏水通道蛋白2基因表达水平有较好的相关性(r=0.89, P<0.01)。结论 慢性心力衰竭大鼠模型尿液水通道蛋白2浓度明显增加。
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    关键词:心力衰竭,充血性 水通道蛋白2 水潴留

    水通道蛋白2(aquaporin-2)基因是在1993年被克隆确认的水通道蛋白家族中的一种,是目前发现的唯一一种其基因突变可导致肾性尿崩症的水通道蛋白[1]。研究证实位于肾脏集合管主细胞的水通道蛋白2基因是机体内调节水重吸收作用的最关键的靶蛋白,在充血性心力衰竭的水潴留中起有关键性的作用[2-4]。由于肾脏水通道蛋白2的检测具有创伤性不易在临床应用,探索尿液水通道蛋白2的检测方法及其意义也就成为当前的研究热点[5]。在本研究中我们应用左冠状动脉结扎所致慢性心力衰竭大鼠模型观察了尿液水通道蛋白2水平的变化。

    材料与方法
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    雄性SD大鼠200~250 g,采用左冠状动脉结扎致慢性心力衰竭大鼠模型,方法见文献[2,3]。术后第9周,将大鼠置于代谢笼,待适应3天后,收集大鼠24 h尿液并记尿量。然后处死大鼠,收集血液,摘取肾脏,分离保存肾内髓质。摘取心脏后,按解剖学大体估算法计算大鼠左心室梗塞面积(LVMI),LVMI≥20%的大鼠选入充血性心力衰竭大鼠模型组。假手术对照组仅打开心包腔而未行冠状动脉结扎[2,3]。血清钠的测定采用Beckman C×3仪器,尿渗量采用冰点抑制法(美国Advanced Instruments公司)。

    肾脏内髓质组织总蛋白的提取[6]:肾脏内髓质组织总蛋白的提取应用细胞裂解液方法(50 mmol/L β-glycerophosphate, 100 mmol/L Na2VO4,2 mmol/L MgCl2,1 mmol/L EGTA,0.5% Triton-X100,1 mmol/L DTT),裂解液中含有蛋白酶抑制剂(20 mmol/L pepstatin,20 mmol/L leupepin,100 U/ml aprotinin,1 mmol/L PMSF)。蛋白浓度的测定应用考马斯亮蓝法(Bio-rad公司)。主要试剂除标明者外,均购自Sigma公司。
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    尿液样本的预处理:将收集的尿液样本以1 000 rpm,4℃下离心10 min;取上清液,用Millipore centriplus-10浓缩管,以2 000 g,4℃下离心75 min,使尿液浓缩至0.5 ml左右。然后用细胞裂解液(50 mmol/L β-glycerophosphate, 100 mmol/L Na2VO4, 2 mmol/L MgCl2,1 mmol/L EGTA, 0.5% Triton-X100, 1 mmol/L DTT)将尿液浓缩倍数调整至浓缩8倍的比例,置-20℃保存。

    蛋白印迹(western blot)分析:应用水通道蛋白2 C末端的多肽片段CELHSPQSLPRGSKA由美国Genemed Biotechnologies公司制备兔抗水通道蛋白2多克隆抗体,效价为1:100 000[2]。取浓缩尿液10 μl进行变性SDS/12.5% polyacrylamide胶电泳,然后电转移于PVDF膜上(Millipore公司),应用TBS-T(pH 7.5)缓冲液(20 mmol/L Tris-base, 137 mmol/L NaCl, 0.1%Tween-20)配制5%无脂牛奶封闭PVDF膜,4℃下孵育过夜,TBS-T缓冲液漂洗;PVDF膜在室温下与水通道蛋白2多克隆抗体(1∶500稀释)温育90 min,再与驴抗兔IgG二抗(1:1000稀释,Amersham公司)温育1 h,每次温育之间均应用TBS-T缓冲液漂洗3次,每次10 min;然后采用ECL(Amersham公司)方法显影。预先显色的蛋白质标记物(GIBCO公司)用以显示蛋白质的分子量。用5 μg肾脏内髓质总蛋白电泳以确定水通道蛋白2的位置并作为阳性对照。用图像分析仪测定杂交信号的吸光度(用杂交带面积乘以密度表示)。
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    统计分析:各参数以均数±标准差表示,两组间比较采用未配对t检验。相关性分析采用直线线性相关分析。

    结果

    1. 冠状动脉结扎后第9周慢性心力衰竭大鼠的一般情况(表1):冠状动脉结扎后第9周检测左室舒张末压显示,慢性心力衰竭组大鼠左室舒张末压[(22.82±2.34) mm Hg,n=5]较对照组[(7.43±0.96) mm Hg,n=3]明显增高(P<0.01),表明慢性心力衰竭大鼠模型成立。心力衰竭模型大鼠24 h尿量较对照组明显减少,尿渗量明显增高,而血钠水平显著下降。

    2. 心力衰竭大鼠尿液水通道蛋白2浓度(图1):采用24 h尿样的Western杂交技术检测发现,慢性心力衰竭大鼠尿液水通道蛋白2浓度(n=8)较对照组大鼠(n=7)明显增加[(365.6±102.9)%比(98.5%±47.6)%,P<0.01]。
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    3. 心力衰竭大鼠尿液水通道蛋白2浓度与肾脏内髓质水通道蛋白2水平的相关性:图2、3分别为心力衰竭大鼠肾脏内髓质水通道蛋白2水平与尿液水通道蛋白2浓度的Western印迹结果。结果显示,尿液水通道蛋白2分子量与肾脏水通道蛋白2的分子量并不完全一致,推测大分子量的杂交带可能为糖基化的水通道蛋白2。对尿液和肾脏水通道蛋白2杂交带光密度应用直线相关分析显示二者呈显著正相关,r=0.89,Y=2.505x-0.569(P<0.01)。显示在心力衰竭时,尿液水通道蛋白2的排出浓度和肾脏水通道蛋白2的水平有良好的相关性。

    表1 左冠状动脉结扎后第9周心力衰竭大鼠的

    一般情况(X±s)
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    组别

    例数

    24 h尿量

    (ml)

    尿渗量

    (mOsm/kg*H2O)

    血Na+

    (mmol/L)

    对照组

    7

    12.3±2.4

    1 540±254
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    145.4±3.1

    心衰组

    8

    4.9±1.2**

    2 248±137**

    127.6±4.0**

    注:与对照组大鼠相比,**P<0.01t21901.gif (3793 bytes)

    图1 大鼠尿液水通道蛋白2浓度t21901.gif (3793 bytes)
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    图2 慢性心力衰竭大鼠肾脏内髓质水通道蛋白2表达水平t21903.gif (3932 bytes)

    1、2、3、4、5为与图2相同实验大鼠序号

    图3 慢性心力衰竭大鼠尿液水通道蛋白2浓度

    讨论

    水通道蛋白2基因是在1993年被克隆确认的水通道蛋白家族中的一种,主要存在于肾脏集合管主细胞的胞浆内和小管侧细胞膜上[1]。应用Western杂交技术显示肾脏内髓质水通道蛋白2主要有两条带,一条在29 kd(为水通道蛋白2),另一条在35~45 kd(糖基化的水通道蛋白2)。
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    自从1996年以来,相继有应用Northern杂交、Western杂交和免疫组化等技术在充血性心力衰竭大鼠模型上的研究显示,肾脏水通道蛋白2基因表达上调[2-4,7]。证实心力衰竭时水通道蛋白2的上调主要是由精氨酸加压素(AVP)介导的,水通道蛋白2基因是AVP发挥抗利尿作用的关键靶蛋白[2,7];AVP的V2受体拮抗剂可以显著降低心力衰竭大鼠肾脏水通道蛋白2基因的表达[2];在心力衰竭时除水通道蛋白2外,肾脏存在的其他二种水通道蛋白家族成员水通道蛋白1(主要存在于肾脏近曲小管)和水通道蛋白3(主要存在于肾脏集合管主细胞基底侧细胞膜)并没有明显改变[4];提出了水通道蛋白2是心力衰竭时调节肾脏水重吸收的关键性蛋白质的假说[2-4,7]。我们还发现,在左室梗死面积<20%且心功能尚无显著下降和血AVP水平尚在正常范围时,肾脏水通道蛋白2基因的表达已有增加,提示了体内可能还存在着除AVP之外的其他一些可调节水通道蛋白2基因表达的因子[3],这些发现和观点进一步阐明心力衰竭时水潴留的机制,得到了许多学者的认同[4,8,9]
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    然而,由于肾脏水通道蛋白2的检测具有创伤性不易在临床推广,探索尿液水通道蛋白2的检测方法及其意义也就成为当前水通道蛋白2的研究热点[5]。由于水通道蛋白2主要存在于肾脏集合管的胞浆内和小管侧细胞膜上,因此部分水通道蛋白2可脱落于小管腔而被尿液冲出,监测尿液水通道蛋白2水平可能反映肾脏水通道蛋白2基因表达水平,因而可能具有较高的实用性[5,10]

    研究发现,尿液中水通道蛋白2的分子量与肾脏水通道蛋白2蛋白不完全一致,文献报道应用Wertern分析法,尿液水通道蛋白2主要有三条带,29 kd, 35~45 kd和70 kd[11]。本研究结果与文献报告一致,但并未见所有尿液标本都同时存在着三条蛋白带,分析其原因可能与浓缩后尿液pH和离子浓度的不同有关,也提示尿液中水通道蛋白2可能存在着糖基化或与其他蛋白相结合的形式。
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    目前检测尿液水通道蛋白2的方法主要有2种,一是Western蛋白印迹法,优点是特异性高、准确,为半定量,但不易精确定量和大规模检测和比较。二是放免法,优点是可以精确定量和大规模检测和比较,但目前的方法检测特异性较差[5,10,11]。在本研究中我们应用Western蛋白印迹。观察到慢性心力衰竭大鼠模型尿液水通道蛋白2浓度较对照组明显增加,而且尿液水通道蛋白2浓度与肾脏水通道蛋白2基因水平有较好的相关性,提示尿液水通道蛋白2浓度有可能作为监测心力衰竭时肾脏水通道蛋白2基因表达水平和功能以及心力衰竭时肾脏水重吸收状态的重要指标,有着广泛的临床应用前景。因此,建立更准确简便的尿液水通道蛋白2浓度检测方法是值得我们去深入进行探讨的。

    基金项目:广东省自然科学基金(批准号:970355)

, 百拇医药     作者单位:许顶立(510515 广州,第一军医大学南方医院心血管内科)

    殷晓燕(510515 广州,第一军医大学南方医院心血管内科)

    邓英姿(510515 广州,第一军医大学南方医院心血管内科)

    任昊(510515 广州,第一军医大学南方医院心血管内科)

    参考文献

    1,Frokiaer J, Marples D, Knepper MA, et al. Pathophysiology of aquaporin-2 in water balance disorders. Am J Med Sci,1998, 316:291-299.

    2,Xu DL, Martin PY, Ohara M, et al. Upregulation of aquaporin-2 water channel expression in chronic heart failure. J Clin Invest,1997, 99:1500-1505.
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    3,许顶立,任昊,Martin PY, 等. 充血性心力衰竭大鼠肾脏Aquaporin2水通道蛋白基因的表达.中华医学杂志,1998, 78:118-120.

    4,Nielsen S, Terris J, Andersen D, et al. Congestive heart failure in rats is associated with increased expression and targeting of aquaporin-2 water channel in collecting duct. Proc Natl Acad Sci U S A,1997, 94:5450-5455.

    5,Rai T, Sekine K, Kanno K, et al. Urinary excretion of aquaporin-2 water channel protein in human and rat. J Am Soc Nephrol,1997, 8:1357-1362.
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    6,许顶立、任昊、邓英姿,等. 肾脏Aquaporin2水通道蛋白的检测及其在充血性心力衰竭的应用.肾脏病与透析肾移植杂志,1998, 7:196-198.

    7,Xu DL, Martin PY, Ohara M, et al. Upregulation of aquaporin-2 water channel expression in the congestive heart failure rats (abstract). J Am Soc Nephrol, 1996, 7:1274.

    8,Kumar S, Berl T. Sodium. Lancet,1998, 352:220-228.

    9,Schrier RW, Martin PY. Recent advances in the understanding of water metabolism in heart failure. Adv Exp Med Biol,1998, 449:415-426.

    10,Kanno K, Sasaki S, Hirata Y, et al. Urinary excretion of aquaporin-2 in patients with diabetes insipidus. N Engl J Med,1995, 332:1540-1545.

    11,Wen H, Frokiaer J, Kwon TH, et al. Urinary excretion of aquaporin-2 in rat is mediated by a vasopressin-dependent apical pathway. J Am Soc Nephrol,1999,10:1416-1429., http://www.100md.com(慢性心力衰竭大鼠模型尿液水通道蛋白2的检测)