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编号:10272228
运动性和高血压性肥大心脏心肌内皮素及其基因表达的研究
http://www.100md.com 《中国运动医学杂志》 2000年第1期
     作者:李昭波 高云秋 李维根 杨萍 唐朝枢

    单位:李昭波(北京医科大学第三医院运动医学研究所 100083);高云秋(北京医科大学第三医院运动医学研究所 100083);李维根(北京医科大学第三医院运动医学研究所 100083);杨萍(北京医科大学第三医院眼科);唐朝枢(北京医科大学心血管基础研究所)

    关键词:内皮素;心肌肥大;高血压;运动

    运动性和高血压性肥大心脏心肌内皮素及其基因表达的研究

    摘 要:近年来发现内皮素(ET1)除具有强大的缩血管作用外,还是一个强大的致心肌肥大活性因子。为探讨(ET1)在运动性心肌肥大形成中的作用,本实验采用免疫组化和 Northern 分子杂交方法,对游泳运动大鼠和自发性高血压大鼠(SHR)心肌细胞ET1分布及其基因表达进行研究。结果表明:大鼠经10周游泳运动后心肌细胞ET1分布和mRNA表达均比安静对照大鼠增加,但比安静SHR心肌细胞ET1分布和mRNA表达减少;SHR经10周游泳运动后,心肌细胞ET1分布和mRNA表达均比安静SHR明显降低。这些结果提示:(1)ET1参与运动性心肌肥大形成机制,并在其变化特征上与高血压肥大心脏不同; (2)运动使高血压肥大心肌细胞ET1分布减少,在减轻ET1对肥大心脏的损伤作用方面可能具有积极意义;(3)运动可在基因转录水平上调节心肌细胞内ET1分布变化。
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    Expression of Endothelin-1 and Its Gene in Myocardium of

    Exercise-induced and Hypertensive Hypertrophied Heart

    Li Zhaobo,Gao Yunqiu

    (Institute of Sports Medicine,3rd Hospital,Beijing Medical University,Beijing,100083)

    Abstract:Effects of endothelin-1(ET1)-induced protein synthesis and immediate gene expression on cardiomyocytes have been identified recently, but the effects of ET1 in myocardium of exercise-induced and hypertensive hypertrophic heart were unclear.We therefore studied the ET1 immunoreactivity and its gene express ion in myocardium of Wistar rats and spontaneously hypertensive rats (SHR) subje cted to 10-week swimming program by immunohistochemistry assay and Northern bolt.The result of Northern bolt was analyzed by scanning densitometry. The myocar dium intracellular ET1 immunoreactivity of swimming rats was stronger than that of WKY rats but the immunoreactivity of sedentary SHR was strongest in the three groups. The expressions of ET1 mRNA in myocardium were increased 1.7 folds in swimming rats and 2.1 folds in SHR respectively by scanning densitometry, compared with WKY rats. After SHR swimming for 10 weeks, the intracellular ET1 immunoreactivity fell observably and the expression of ET1 mRNA was de creased by 19% than that of sedentary SHR. The results suggest that:(1) increase of ET1 immunoreactivity in myocardium of swimming rats may play an important role in exercise-induced hypertrophic heart;(2)decrease of ET1 immunoreactiv ity in myocardium of swimming SHR seems reasonable to decreasing effect of ET 1 damage on hypertrophic myocardium;(3)intracellular ET1 immunoreactivity of exercise-induced and hypertensive hypertrophic heart can be regulated in gene transcription level by exercise.
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    Key words:ET1,cardiac hypertrophy,hypertension,exercise▲

    内皮素(endothelin, ET1)是1988年日本Yanagisawa等人首先从猪主动 脉内皮细胞中分离纯化出的一种由21个氨基酸组成的活性多肽,具有强烈的收缩血管和刺激 血管平滑肌细胞肥大的作用,随后研究发现心肌细胞内也有ET1分布,细胞膜有ET1受 体存在[1]。近年来文献报道ET1除对心脏具有强大的正性肌力 作用外,如同血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ, AngⅡ)一样,也是一个具有强大致心肌肥大 作用的心源性活性肽[2]。我们前期研究工作表明心肌局部AngⅡ 、心钠素(atrialnatriuretic factor, ANF)等心源性活性肽参与运动性心肌肥大的形成 [3],用放免法测定发现运动性和高血压性肥大心脏心肌和血浆ET 1含量变化特点不同[4],但对ET1在两种肥大心脏心肌细胞 中的分布及其基因表达的变化尚不清楚。本实验采用免疫组化和Northern分子杂交方法,通 过对运动大鼠、自发性高血压大鼠及运动高血压大鼠心肌ET1及其基因表达的比较研究, 进一步探讨ET1在参与运动性心肌肥大形成及其运动逆转高血压肥大心脏机制中的作用。
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    1 材料与方法

    1.1 材料

    体重200-230g雄性Wistar大鼠6只,由北京医科大学动物实验中心提供。体重200-230g雄 性自发性高血压大鼠(spontaneously hypertensive rats,SHR)12只和Wistar Kyoto(WKY )大鼠 6只,由中国医学科学院阜外心血管医院动物科提供。兔抗人ET1多克隆抗体和SPTM试剂盒为Zymed产品。ET1cDNA探针由心血管基础研究所提供。随机引物标记试剂盒为Promege产品。α-32p-dCTP购自北京亚辉生物工程公司。其余试剂为Sigma产品和国产分析纯。

    1.2 动物模型

    动物分为4组:(1)运动组(Swimming):Wistar大鼠6只。每日游泳1次,每次2h,每周6次,共10周。(2)高血压运动组(SHR-swimming):SHR6只。每日游泳1次,每次1h,每周6次。4周后,改为每次1.5h,再游6周。游泳池直径60cm,水深80cm。水温32℃-33℃。(3)安静SHR组:SHR6只。(4)WKY对照组:WKY大鼠6只。(3)和(4)组不进行游泳,同等条件下饲养和取材。
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    1.3 血压和心肌肥大测定

    最后一次游泳结束后24h,称体重(BW)后,戊巴比妥钠(35mg/kg)腹腔注射麻醉。右颈总动脉插管,用RM-6000多导仪测动脉血压。开胸快速取出心脏,4℃预冷生理盐水冲洗后,沿室间隔剔除心房和右心室,称左心室重(含室间隔,LVW)。以LVW/BW为心系数。

    1.4 免疫组化实验

    常规石蜡切片。按试剂盒说明操作。特异性一抗ET11∶1000稀释,阴性对照用PBS代替。湿盒4℃过夜。生物素标记的二抗1∶200稀释,37℃孵育30min。辣根酶标记的链霉卵白素1∶200稀释,37℃孵育30min。新配制DAB显色,苏木素复染。用于图象分析的切片不复染。

    1.5 Northern分子杂交

    两只大鼠心脏合并1例。异硫氰酸胍一步法提取总RNA。1%琼脂糖凝胶行甲醛变性电泳分离RNA,虹吸印迹法转移RNA至尼龙膜上。80℃干烤2h后保存。ET1探针采用随机引物标记法标记α-32p-dCTP同位素。42℃预杂交24h后,杂交24h。-70℃放射自显影4-7天。
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    1.6 统计处理

    免疫组化结果用组织切片表示。杂交结果用放射自显影斑点图表示,并用ISAS2000图象分析系统对分子杂交斑点进行半定量分析,其结果用光密度平均值(OD)表示。血压和心系数用平均值±标准差表示,采用方差分析组间q检验行统计处理。

    2 结果

    WKY大鼠心系数2.21±0.18mg/g。安静SHR心系数3.56±0.27mg/g,比WKY大鼠提高61%(p<0.01)。游泳大鼠心系数为2.86±0.12mg/g,比WKY提高29%,但比安静SHR低20%(p<0.01)。游泳SHR心系数3.48±0.46,与安静SHR比无明显差异(p>0.05)。WKY大鼠血压12.3±1.07/10.4±0.53kPa。安静SHR血压24.8±0.93/23.2±1.6kPa,比WKY大鼠收缩压增加103%,舒张压增加124%(p<0.01)。游泳大鼠血压值12.5±0.67/9.33±0.53kPa,与WKY大鼠比无明显差异(p>0.05)。游泳SHR血压值19.5±2.13/17.6±1.73kPa,比安静SHR收缩压和舒张压分别降低21%和25%(p<0.01)。
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    免疫组化结果表明,WKY大鼠心肌细胞胞浆内有少量ET1特异褐黄染色颗粒分布(见封三彩图5-A)。运动大鼠比WKY大鼠增多(见封三彩图5-B),安静SHR增加最明显(见封三彩图5-C)。运动SHR心肌细胞胞浆内ET1特异褐黄染色颗粒图象比安静SHR明显降低(见封三彩图5-D)。c.gif (30368 bytes)

    图5左室心肌ET1免疫组化结果WKY(A),游泳鼠(B),SHR(C),SHR游泳(D),用PBS代替ET1抗体作为阴性对照(E)

    Fig.5 Immunohistochemical staining of ET1(1:200)in left ventricular myocardium of WKY (A),swimming rats (B),SHR(C)and SHR swimming(D).PBS was substituted for ET1 antibody in staining procedure as negative control(E)
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    Northern分子杂交和图象分析结果表明,WKY大鼠心肌有少量ET1mRNA表达,其杂交斑点灰度OD值为0.11。安静SHR心肌ET1mRNA表达的OD值为0.22,是WKY的2.1倍。运动大鼠心肌ET1mRNA表达的OD值为0.19,是WKY的1.7倍,比安静SHR降低14%。运动SHR心肌ET1mRNA表达的OD值0.18,比安静SHR降低19%(图1和图2)。t26-1.gif (8124 bytes)

    图1 心肌ET1 mRNA 分子杂交放射自显影结果

    Fig.1 Autoradiographs of ET1 mRNA hybridized blot of left v entri cular myocardium of WKY (C),SHR (H) and swimming rats (S) by Northern blot analy sis with 20μg total RNA hybridized before ET1 probe analysis .The blot was finally hybridized to β-actin for normalizing difference in RNA concentration .t26-2.gif (7046 bytes)t26-2.gif (7046 bytes)
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    图2 各组心肌ET1 mRNA 水平比较

    Fig.2 ET1 mRNA levels of left ventricular myocardium of WKY r ats(C),Swimming rats (S),SHR (H) and SHR-swimming (HS) from densitometric sco res of hybridized blot. Control value of WKY rats was set at 1.00 and the rema ining value adjusted accordingly.

    3 讨论

    ET1不仅是促血管平滑肌强烈的收缩和增殖的活性因子,同时对心脏也具有强有力的正性 肌力作用和致心肌肥大作用[1]。文献报道ET1可使体外培养的 心肌细胞体积增大,心肌初级和次级应答基因表达增强[2]。本实 验免疫组化结果表明,运动性肥大心脏心肌细胞浆内有比正常心肌细胞多的ET1分布,但 比高血压肥大心脏心肌细胞内ET1含量明显减少。我们曾采用放射免疫方法对游泳运动10 周大鼠和SHR心肌和血浆ET1含量测定的结果表明,心肌ET1含量比正常心脏升高44% ,但比高血压肥大心脏低84%[4]。这一结果与本实验免疫组化结 果相一致。这些结果提示ET1参与运动性心肌肥大形成机制,并在其变化特征上与高血压 肥大心脏不同。
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    文献报道用ET1灌流心脏,不仅可引起心脏出现痉挛、心律失常和心输出量减少等心功能 障碍,而且可明显引起心肌细胞蛋白质漏出增加、细胞内Ca2+聚积和细胞脂质过氧化 等心组织损伤[1]。故有学者认为ET1的大量释放可能是一种内源性致病因素[1]。 本实验结果表明SHR经过10周游泳运动后,心肌细胞浆内ET1分布明显比安静SHR减少。这 一结果提示运动使高血压肥大心脏心肌细胞ET1分布减少,对减轻ET1对肥大心脏的损 伤作用具有积极意义。这也可能是运动改善高血压肥大心脏的机制之一。另外,运动可使正 常大鼠心肌ET1水平升高,但升高幅度远远低于高血压肥大心脏[4][ HT ,这是否可以提高心肌抗ET1损伤作用的耐受性目前还不清楚,值得进一步探讨。

    对ET1致心肌肥大机制的研究表明,ET1诱导心肌蛋白质合成增加是通过PKC为第二信 使,原癌基因Egr-1产物为第三信使完成的[5,6]。本实验 结果表明运动可使心肌ET1基因表达增强,但仍低于高血压肥大心脏心肌的ET1基因表 达。运动还可明显降低高血压肥大心脏心肌ET1基因表达。这一结果说明运动对心肌细胞 ET1含量的调节可发生在基因转录水平上。■
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    基金项目:本课题为国家自然科学基金资助项目(编号:39500168)

    参考文献:

    [1]汤键,唐朝枢.循环系统的内分泌功能.北京医科大学中国协和医科大学联合出版社.1989(第1版);93-104

    [2]Hasenfuss G,Just H. Myocardial phenotype changes in heart failure:cellular and subcellular adaptations and their functional significance.Br Heart J 1994;72(supplement):S10-17

    [3]李维根,高云秋,张继峰等.血管紧张素Ⅱ在运动性心肌肥大中的作用.中国运动医学杂志,1994;13(3):133-135
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    [4]李维根,李昭波,高云秋等.运动性和高血压性心肌肥大时心源性活性肽变化比较.中国运动医学杂志,2000;19(1):27-28

    [5]Grohe C,Nouskas J, Vetter H, et al. Effects of nisoldipine on endothe lin-1 and angiotensinⅡ-induced immediate/early gene expression and protein synt hesis in adultrat ventricular cardiomyocytes.J Cardiovasc Pharmacol 1994; 24(1):13-16

    [6]Neys L,Nouskas J, Luyken J, et al. Induction of immediate-early gene by angiotensinⅡand endothelin-1 in adult rat cardiomyocytes.J Hypertension 19 93;11:927-934

    收稿日期:1998-05-20, 百拇医药