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编号:10271777
心肌梗塞致心力衰竭大鼠模型不同时期尿液水通道蛋白-2的改变
http://www.100md.com 《中国病理生理杂志》 2000年第8期
     作者:殷晓艳 许顶立 邓英姿 卢武生

    单位:(第一军医大学附属南方医院心内科, 广东 广州 510515)

    关键词:蛋白质类;心力衰竭,充血性; 低钠血症

    中国病理生理杂志000805

    [摘 要] 目的: 探讨心肌梗塞致心力衰竭大鼠模型不同时期尿液水通道蛋白-2(AQP2)浓度的改变及其与低钠血症的关系。方法: 应用左冠状动脉结扎复制慢性心力衰竭大鼠模型,对该模型术后不同时期的大鼠应用Western蛋白印迹测定尿液AQP2浓度并测定24h尿量、血钠、尿渗量等指标。结果: 在左冠状动脉结扎术后心力衰竭大鼠模型,尿液AQP2浓度变化有两个峰,一是在术后3 d,二是在术后第9周;不同时期心力衰竭组的血钠,尿渗量与对照组比较均存在显著差异。术后第9周心肌梗塞心衰组尿液AQP2光密度值(365%±103%)明显高于心肌梗塞心功能代偿组(179%±81%)及对照组(99%±48%)(P<0.01)。结论: 左冠状动脉结扎术后不同时期心衰大鼠尿液AQP2变化的规律反映了AQP2基因在心力衰竭进程中表达明显增高,肾脏AQP2基因表达增高是心力衰竭伴低钠血症的重要发病原因。
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    [中图分类号] R541.6 [文献标识码] A

    [文章编号] 1000-4718(2000)08-0690-04

    Urinary concentration of aquaporin-2 water channel protein at

    different stages of chronic heart failure rats

    YIN Xiao-yan, XU Ding-li, DENG Ying-zi, LU Wu-sheng

    (Division of Cardiology, Nanfang Hospital, The First Military Medical University, Guangzhou 510515, China)
, 百拇医药
    [Abstract] AIM: To study urinary concentration of aquaporin-2 water channel protein(AQP2) at different stages of chronic heart failure(CHF) rats and its relation to hyponatremia. METHODS: Male Sprague-Dawley rats(200~250 g) underwent either a left coronary artery ligation (a model of CHF) or a sham-operation. At different stage after surgery, urinary AQP2 concentration was measured by Western blot. 24-hours urine volume, serum sodium and urine osmolality were measured at the same time. RESULTS: There were two peaks of urinary excretion of AQP2 in severe heart failure rats model: one was the third day after operation, the other was the 9th week. Serum sodium and urine osmolality were significantly different in CHF rats as compared with sham-operated rats. Seven weeks after surgery, urinary AQP2 concentration was increased significantly insevere CHF rats compared with the mild ones and the control ones(365%±103% vs 179%±81% and 99%±48%,P<0.01).CONCLUSION: The variation of urinary AQP2 excretion at different stages after ligation showed that the expression of AQP2 gene was increased obviously in CHF rats, and its expression level was higher as the heart failure became more severe.This is the important reason of heart failure with hyponatremia.
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    [MeSH] Proteins; Heart failure, congestive; Hyponatremia

    长期以来人们对充血性心力衰竭时钠水潴留的机制进行了大量的研究,取得了不少成果,但其机制仍未完全阐明[1]。水通道蛋白家族(aquaporin water channel)的发现使人们对水重吸收调节机制的认识跃入了更深的层次。研究表明肾脏水通道蛋白-2(aquaporin-2,AQP2)基因mRNA和蛋白质的表达在充血性心力衰竭动物模型中是明显增加的,提示AQP2基因表达在充血性心力衰竭的水潴留中起有关键性作用[2~4]。在本研究中, 我们应用Western蛋白印迹法初步观察充血性心力衰竭不同时期尿液AQP2水平的变化规律及其与低钠血症的关系。

    材 料 和 方 法

    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[2],分别于术后3 d,1周,2周,4周,6周,7周,9周,11周,将大鼠置于代谢笼,待适应3 d后,收集大鼠24 h尿液并记尿量,然后处死大鼠,收集血液,摘取心脏,按解剖学大体估算法计算大鼠左心室梗塞面积(left ventricular myocardial infarction,LVMI),LVMI≥20%的大鼠选入充血性心力衰竭大鼠模型组,而LVMI<20%为心肌梗塞心功能代偿组[2]。血清钠的测定采用BeckmanC×3仪器,尿渗量采用冰点抑制法(美国Advavced Instruments公司)。
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    一、 尿液标本的预处理[5]

    将收集的尿液标本以1 000 r/min,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-lycerophate,100 mmol/L Na2VO4,2 mmol/L MgCl2,1 mmol/L EDTA,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。

    二、蛋白印迹(Western blot)分析

    应用AQP2蛋白质C末端的多肽片断CELHSOPQSLPRGSKA 由美国Genemed Biotechnologies公司制备兔抗鼠AQP2多克隆抗体,效价1∶100 000,取浓缩尿液10 μL,进行变性SDS/12.5% POLYACRYLAMIIDED凝胶电泳,然后电转移于PVDF膜上(Milipore公司),Western杂交按文献方法进行[6]。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5μg肾脏内髓质总蛋白电泳以确定AQP2蛋白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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    三、统计分析

    实验数据以均数±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

    一、 冠状动脉结扎后不同时期心衰大鼠模型的一般情况(表1)

    心衰大鼠模型24 h尿量明显少于对照组,尿渗量明显高于对照组,血钠水平显著低于对照组。

    表1 左冠状动脉结扎术后不同时期心衰大鼠模型尿量、尿渗量和血钠的改变

    Tab 1 Urine volume, urinary osmolality and serum sodium in different stages

    of chronic heart failure rats after left coronary artery ligation
, 百拇医药
    n

    Controln

    n

    Chronic heart failure

    Urine

    volume(24h)

    Serum

    sodium(mmol/L)

    Urinary

    osmolality(mOsm/L)

    Urine

    volume(24h)
, 百拇医药
    Serum

    sodium(mmol/L)

    Urinary

    osmolality(mOsm/L)

    3 d

    3

    9.0±1.0

    139.0±2.11

    923±59

    4

    5.3±1.0* *

    134.0±1.8*
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    2 164±84* *

    1 week

    3

    11.0±5.2

    139.5±3.91

    847±108

    5

    5.1±1.2*

    132.6±1.1* *

    2 303±126* *

    2 weeks
, 百拇医药
    3

    12.3±4.0

    140.5±3.11

    568±268

    6

    6.2±0.9* *

    132.2±1.5* *

    2 185±125* *

    4 weeks

    4

    12.3±4.0
, 百拇医药
    140.5±3.11

    368±124

    5

    5.8±1.4*

    131.4±3.2* *

    2 216±276* *

    6 weeks

    3

    12.0±1.9

    138.3±2.11

    810±134
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    7

    6.5±1.7* *

    128.8±4.8* *

    2 185±167* *

    7 weeks

    4

    12.0±2.3

    146.5±3.31

    629±271

    6

    5.8±1.2* *
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    129.0±4.7* *

    2 155±190* *

    9 weeks

    3

    12.0±3.1

    144.0±2.71

    421±213

    8

    5.4±1.4* *

    131.5±3.6* *

    2 126±179* *
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    11 weeks

    3

    17.0±2.5

    141.0±1.71

    440±117

    6

    6.2±2.1* *

    131.8±4.5* *

    2 291±141* *

    *P<0.05,**P<0.01, vs control group

    二、心力衰竭大鼠模型不同时期尿液AQP2浓度的变化
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    在左冠脉结扎术后3 d、及1、2、4、6、7、9、11周,心力衰竭大鼠模型尿液Western印迹显示左冠状动脉结扎术后3 d尿液AQP2浓度明显增高,后尿液AQP2浓度有所下降,但在术后4周尿液AQP2浓度又逐渐增强,9周达到高峰值。

    Fig 1 Urinary aquaporin-2 water channel protein concentration in different stages of chronic heart failure rats after left coronary artery ligation (weeks)

    IM: inner medullar

    图1 心力衰竭大鼠模型不同时期尿液AQP2浓度的变化
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    三、术后第7周,心衰大鼠模型尿液AQP2浓度的改变及其与血钠浓度的关系

    可见随梗塞面积增大,尿液AQP2杂交带信号增强(图2)。心肌梗塞心功能代偿组(LVMI<20%)大鼠尿液AQP2浓度显著高于对照组(179%±81% vs 99%±48%,P<0.05),心力衰竭大鼠模型组(LVMI≥20%)增高更明显(365%±103% vs 99%±48%,P<0.01)。提示随心衰程度的加重,AQP2水平升高,而导致血钠降低(图2,表1)。

    讨 论

    AQP2主要存在于肾脏集合管的胞浆内和小管侧细胞膜上,近年来的研究表明AQP2是维持体内水平衡调节的必需物质。文献报告AQP2蛋白可脱落于肾脏集合管腔而被尿液冲出,监测尿液AQP2水平可能反映肾脏AQP2基因表达水平[7,8]。我们和Nielsen等[2~4,6] 相继报道了在充血性心力衰竭大鼠模型肾脏AQP2基因表达上调,提出了AQP2是心力衰竭时调节肾脏水重吸收的关键性蛋白质的假说。在本研究中我们应用Western blot方法系统观察了左冠状动脉结扎所致心力衰竭模型不同时期尿液AQP2浓度的变化,发现在该模型尿液AQP2浓度有两个峰值,一是在术后3 d,二是在术后第9周左右。急性心肌梗塞时由于机体应激和血浆血管加压素浓度的增加可能是术后3 d尿液AQP2浓度增加的主要原因,随着术后存活时间的延长而逐渐出现慢性心力衰竭的血液动力学改变和神经内分泌的过度激活,尿液AQP2浓度又逐渐增加并维持在高水平上。支持AVP是机体内调节肾脏AQP2表达的主要物质的观点[2,4,8]
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    Fig 2 Urinary aquaporin-2 water channel protein concentration of chronic heart failure rats in 7th week after left coronary artery ligation

    IM: inner medullar; 1,2: LVMI≥20%; 3: LVMI<20%; 4: Control

    图2 左冠状动脉结扎术后第7周心衰大鼠模型尿液AQP2浓度的改变

    在不同时期心力衰竭大鼠模型与对照组的比较中,血钠有明显的降低,尿量明显减少,尿渗量明显增加。我们进一步观察了术后第7周不同心肌梗塞面积大鼠尿液AQP2表达水平及其与低钠血症的关系,进一步证实了AQP2在充血性心力衰竭的进程中表达是明显增高的,且随心肌梗塞面积增大其表达量增高更明显。心力衰竭大鼠模型尿液AQP2浓度的增加,进一步加重了低钠血症。尿液AQP2与低钠血症呈负相关。提示肾脏AQP2基因表达增高是心力衰竭伴低钠血症的重要发病原因,而充血性心力衰竭时监测尿液AQP2浓度有重要的临床指导意义。
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    [基金项目] 广东省自然科学基金资助(No.970355)

    [参 考 文 献]

    [1] Leier CV, Livio MD, Cas MD,et al. Clinical relevance and management of the major electrolyte abnormalities in congestive heart failure: Hyponatremia, hypokalemia, and hypomagndsemia[J]. Am Heart J ,1994, 128:564~574.

    [2] 许顶立,任 昊, Martin PY, 等. 充血性心衰大鼠肾脏Aquaponin-2水通道蛋白基因的表达[J].中华医学杂志, 1998, 78:118~120.

    [3] Xu DL, Martin PY, Ohara M, et al. Upregulation of aquoporin-2 water channel expression in chronic heart failure rat[J]. J Clin Invest, 1997, 99:1500~1505.
, 百拇医药
    [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[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 1997, 94:5450~5455.

    [5] 邓英姿,许顶立,张远慧. 尿液中水通道蛋白2的检测及其与肾脏组织中表达的相关性[J]. 肾脏病与透析肾移植杂志, 1999, 8:312~314.

    [6] 许顶立,任 昊,邓英姿, 等. 肾脏Aquaporin 2水通道蛋白的检测及其在充血性心力衰竭中的应用[J]. 肾脏病与透析肾移植杂志,1998, 7:196~198.

    [7] Rai T, Sekine K, Kanno K, et al. Urinary excretion of aquaporin-2 water channel protein in human and rat[J]. J Am Soc Nephrol, 1997, 8:1357~1362.

    [8] Wen H,Frokiaer J,Kwon TH,et al.Urinary excretion of aquaporin-2 in rat is mediated by a vasopressin-dependent apical pathway[J]. J Am Soc Nephrol, 1999,10:1416~1429.

    [收稿日期] 1999-11-02 [修回日期] 2000-01-12, http://www.100md.com