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编号:10276670
Ⅰ型Ⅲ型前胶原mRNA在风心病心肌中表达的意义
http://www.100md.com 《第四军医大学学报》 2000年第5期
     作者:李刚 刘维永 晏培松 郝树藩

    单位:李刚(第四军医大学西京医院心血管外科中心);刘维永(第四军医大学西京医院心血管外科中心);晏培松(第四军医大学西京医院病理科,陕西 西安 710033);郝树藩(空军460医院胸心外科,河南 郑州 450007)

    关键词:风湿性心脏病;心肌;胶原;心肌细胞;间质

    第四军医大学学报000510 摘 要: 目的 探讨风湿性心脏病心肌组织Ⅰ,Ⅲ型前胶原mRNA的表达和定位, 以及胶原改 建对心功能的影响. 方法 用人Ⅰ,Ⅲ型前胶原cDNA探针,对32例风湿性 二尖瓣乳头肌进行 分子原位杂交并进行图像分析. 结果 病变心肌间质中Ⅰ,Ⅲ型前胶原mRN A阳性表达明显增 多,Ⅰ型较正常成年心肌中增高1.67倍,Ⅲ型增高4.36倍;病变心肌细胞核内出现Ⅰ,Ⅲ型 前胶原mRNA阳性表达,胎儿心肌亦有类似表达;Ⅰ,Ⅲ型前胶原mRNA阳性表达量与左室射血 分数(EF),左室周径向心缩短率(mVcf)呈负相关. 结论 风心病心肌细胞 参与了胶原的合成 和分泌,并对心脏功能有严重影响;风心病心肌胶原增生重现了胎儿期合成胶原的表型. 提 示调控和逆转心肌胶原增生对慢性风心病的防治展示了一条新的途径.
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    中图号:R654.1 文献标识码:A

    文章编号:1000-2790(2000)05-0550- 04

    Significance of expression of typeⅠ and Ⅲ precollagen mRNA in rheumatic my ocardium

    LI Gang, LIU Wei-Yong

    (Center of Cardiovascular Surgery)

    YAN Pei-Song

    (Department of Path ology, Xijing Hospital, Fourth Military Medical University, Xi'an 710033, China)
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    HAO Shu-Fan

    (Department of Cardiothoracic Surgery, 460 Air Force Hospital of Chines e PLA, Zhengzhou 450007)

    Abstract: AIM To explore the expression and localization of typeⅠ and Ⅲ precolla gen mRNA in rheumatic myocardium and the effect of collagen remodeling on heart function. ME-THODS Hybridization in situ and imaging anal ysis were performed with type Ⅰ, Ⅲ human precollagen cDNA probes in 32 rheumatic mitral papillary mu scles. RESULTS Positive expression of typeⅠ, Ⅲ precollagen mRNA in rheumatic myocardial tissue increased significantly; TypeⅠ increased to 1.67 times and t ype Ⅲ increased to 4.36 times more than that in the normal adult myocardium. Th e positive expression of type Ⅰ, Ⅲ precollagen mRNA appeared in the nucleus of rheumatic hypertrophic cardiomyocytes. The similar positive expression also app eared in fetal myocardium. The degree of positive expression of type precollage n mRNA had a negative relationship with LVEF and mVcf. CONCLUSION Rhaumatic ca rdiomyocytes take part in the collagen synthesis and secretion, which significa ntly affect the heart function. The collagen hyperplasia in rheumatic myocardium revealed the phenotype of collagen synthesis during the period of fetus. This s uggested that the prevention and treatment of chronic rheumatic heart disease wi th regulation and degression of the collagen hyperplasia in myocardium may be po ssible.
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    Keywords: rheumatic heart disease; myocardium; collagen; cardio myocyte; interstitium

    0 引言

    我科应用原位杂交结合显微图像分析对Ⅰ,Ⅲ型前胶原mRNA在风湿性二尖瓣乳头肌中的表达 进行检测,探讨其与病变心肌间质增生的关系和对心功能的影响.

    1 材料和方法

    1.1 材料 实验组心肌标本32例,取自风心病二尖瓣替换术中. 对照组:均 为非心脏疾病死 亡尸检标本,其中成年正常心肌标本17例,胎儿心肌标本2例. 取下的新鲜标本立即放入Bo uins液中固定,而后脱水包埋,制成蜡块,切片待检.

    1.2 方法
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    1.2.1 原位分子杂交 胶原基因重组质粒JM1b, S413分别含人Procolα1(Ⅰ )型和Procolα1 (Ⅲ)型胶原的cDNA片段,系德国Prockop实验室构建,经内切酶EcoRⅠ进行酶切,低溶 点琼 脂糖回收酶切后cDNA片段,变性后用异羟基洋地黄毒苷配基-11-dUTP随机引物延伸法标记 做 为探针. 组织预处理及杂交过程分别按文献[1]及试剂盒操作指南进行;杂 交后用碱性磷 酸酶标记的抗Dig抗体检测,NBT/BCIP显色、脱水、透明、封片. 杂交中设立阳性对照;Di g标记的HPV11 DNA杂交替代对照;RNase消化组织对照.

    1.2.2 免疫组化染色 用兔抗人Ⅰ型胶原多克隆抗体和鼠抗人Ⅲ型胶原mAb 作为Ⅰ抗,然后按文献[2]方法进行染色. 设正常心肌标本对照、空白对照及替代 对照.

    图像分析和统计学处理: 采用Mias-300图像分析系统对分子杂交阳性信号进行检测, 并将图像分析定量结果与心功能指标、血管活性药用量等进行对比研究,统计学处理和相关 回归分析.
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    2 结果

    2.1 前胶原mRNA 在正常成年心肌标本中心肌间质成纤维细胞和血管 内皮细胞核内可见Ⅰ型前 胶原mRNA的阳性表达,呈深蓝色,均位于细胞核内. Ⅰ型前胶原mRNA的阳性表达,明显多于 Ⅲ型,心肌细胞内均未见有Ⅰ型和Ⅲ型前胶原mRNA阳性表达(Fig 1A, 2A). 在胎儿心肌细 胞、成纤维细胞和血管内皮细胞内均可见Ⅰ,Ⅲ型前胶原mRNA呈阳性表达(Fig 1B, 2B). 利用图像分析仪对正常成年对照组前胶原mRNA的分布情况进行分析发现Ⅰ型前胶原mRNA的阳 性表达细胞均数为185±63, Ⅲ型为44±38. 实验组心肌间质中Ⅰ型和Ⅲ型前胶原mRNA阳性 呈散在分布,血管周围分布明显增多,间质中Ⅰ型阳性表达量多于Ⅲ型. 值得注意的是在风 湿性心脏病的肥大心肌细胞内亦出现Ⅰ,Ⅲ型前胶原mRNA阳性表达. 均位于细胞核内(Fig 1C, 2C).

    图像分析: 病变心肌间质中Ⅰ型前胶原mRNA阳性表达细胞均数为310±125, Ⅲ型前胶原mRN A阳性表达细胞数为192±68. 与对照组相比,Ⅰ型前胶原mRNA阳性表达细胞数上升了1.67倍 , P<0.01; Ⅲ型阳性表达细胞数上升了4.36倍, P<0.01 (Fig 3).[ FL)〗
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    图1 原位分子杂交I型前胶原mRNA在成年正常心肌(A)、 胎儿心肌(B)和风心病心肌(C)中表 达

    Fig 1 Expression of type I precollagen mRNA (in situ hybridization) ×400

    Positive expression in the nucleus of fibroblasts and endothelial cells, but negative expression in cardio myocyte in normal adult myocardium (A). In addition to fibroblast and endothelial cells, th ere was a positive expression in the nucleus of hypertrophic myocardiocytes in fetal (B) a nd rheumatic (C) cardiomyocytes.
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    图2 原位分子杂交Ⅲ型前胶原mRNA在成年正常心肌(A)、 胎儿心肌(B)和风心病心肌(C)中 表达

    Fig 2 Expression of type Ⅲ precollagen mRNA (in situ hybridization) ×40 0

    Positive expression in the neucleus of fibroblasts and endothelial cells, but negative expression in ca rdiomyocyte in normal adult myocardium (A); In addition to fibroblast and endothelial cells, there was a positive expression in the nucleus of hypertrophic myocardiocytes, in fetal (B ) and rheumatic (C) cardiomyocytes.
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    图3 免疫组化检查Ⅰ型(A)和Ⅲ型(B)胶原在风心病心肌细胞内呈阳性表达,心肌间质和增厚小血管壁中亦有阳性表达(苏木素衬染核)

    Fig 3 Positive expression of collagen type Ⅰ(A), Ⅲ(B) in rheumatic cardiomyocytes, also in the interstitium and arteriolar wall in myocardium. immunohistochemistry me thod ×200

    2.2 胶原蛋白免疫组化检测 阳性表达信号为棕黄色. 在病变心肌间质中 呈阳性表达的 纤维呈束状或片状分布,特别是增厚的心肌间质血管壁最为明显. 心肌细胞中阳性表达信号 亦非常明显. 均在细胞内(Fig 4).

, http://www.100md.com     图4 对照组与病变组Ⅰ,Ⅲ型前胶原mRNA阳性表达细胞数比较

    Fig 4 Comparison between control group and rheumatic group in cell num ber of the positive expression of type Ⅰ, Ⅲ precollagen mRNA

    2.3 心功能检测 与实验组比较发现,Ⅰ型前胶原mRNA阳性表达细胞数与左 室射血分数(EF) 及左室周径向心缩短率(mVcf)均呈负相关,即随前胶原mRNA表达量的增加,EF值和mVcf均呈 下降趋势(Fig 5, 6). 手术后血管活性药物用量则随前胶原mRNA阳性表达量的增加呈相应 增加趋势. 其中以多巴胺的用量与Ⅰ,Ⅲ型mRNA阳性表达的量效关系比较密切(Fig 7); 与硝普钠用量间无明显关系.
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    图5 病变心肌Ⅰ,Ⅲ型前胶原mRNA阳性表达细胞数与EF值相关关系

    Fig 5 Relationship between EF and cell number of positive expression of type Ⅰ, Ⅲ precollagen mRNA in rheumatic myocardium

    3 讨论

    一般认为Ⅰ,Ⅲ型胶原由心脏间质成纤维细胞、血管内皮细胞和血管平滑肌细胞合成或分泌 ,心肌细胞无合成Ⅰ,Ⅲ型胶原的功能[3]. 1996年樊宏等[4]用免疫组化 方法检测到风湿性 瓣膜病心肌细胞质内有Ⅰ,Ⅲ型胶原表达. 我们经原位杂交,进一步证实风湿性心肌细胞 核 内有Ⅰ,Ⅲ型前胶原mRNA的阳性表达. 提示:风湿病心肌细胞参与Ⅰ,Ⅲ胶原的增生,且 可能发生在细胞核转录过程中,首先从mRNA译得前胶原α肽链,后者并与内质网膜形成核膜 蛋白结合体,由内质网分泌到细胞外.
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    图6 病变心肌Ⅰ,Ⅲ型前胶原mRNA阳性表达细胞数与左室周径向心缩短率(mVcf)相关关 系

    Fig 6 Relationship between mVcf and cell number of positive expression of type Ⅰ, Ⅲ precollagen mRNA in rheumatic myocardium

    图7 病变心肌Ⅰ,Ⅲ型前胶原mRNA阳性表达量与术后多巴胺用药量的相关关系

    Fig 7 Relationship between dopamine dosage used in postoperation and cell number of positive expression of type Ⅰ, Ⅲ precollagen mRNA in rheumatic myocardium
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    3.1 病变心肌细胞前胶原mRNA阳性表达原因 为了探讨病变心肌细胞出现合成Ⅰ, Ⅲ型前胶原mRNA的阳性表达原因,我们在对照组设立了成人和胎儿正常心肌两个组,结果发 现在胎儿心肌细胞核内有Ⅰ,Ⅲ型前胶原mRNA阳性表达,而正常成人心肌细胞内则无阳性表 达信号,有可能提示慢性风湿性瓣膜病由于炎症或容量负荷变化等影响,使心肌细胞复现了 胎儿时期合成和分泌Ⅰ,Ⅲ型前胶原的表型,从而参与病理情况下心肌间质胶原的增生和纤 维化.

    3.2 前胶原增生的比例变化对心功能的影响 心肌间质胶原 主要由Ⅰ,Ⅲ型胶原组成,其形 成的心肌胶原网,是心肌细胞的支架结构和具有运动传递功能[3]. 增生的胶原沉 积于心肌 间质中,包围在心肌细胞周围,可压迫和分隔正常的心肌细胞. 胶原沉积于心肌血管壁内, 使血管腔变狭,甚至闭塞,导致心肌细胞缺血. 本组发现随Ⅰ,Ⅲ型前胶原mRNA表达的增多 ,左室EF和mVcf均进行性下降,而术后血管活性药物用量则呈增加趋势. 由此可见,心肌间 质纤维化直接影响患者心脏功能和术后的恢复. 并提示从基因水平调控胶原合成,抑制心肌 间质胶原网的增生或改建,可能对慢性风心病的防治展示了一条新的途径.
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    致 谢 北京中国预防医学科学院刘秉慈研究员,西安医科大学任沪平主管技师在 实验中给予大力支持.

    基金项目:国家自然科学基金资助项目(39870790)

    作者简介:李 刚(1957-), 男(汉族), 江苏省邳县人. 硕士, 副主任医师. 现工作在空军460医院胸心外科. Tel.(0371)7948663

    参考文献:

    [1] Furuta Y, Shinohara T, Sanok et al. In situ hybridization with digoxigenin-l abekked DNA probes for detection of veral genomes [J]. J Clin Pathol, 1990 ;43(10):806-809.
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    [2] 蔡文琴,王伯沄. 实用免疫细胞化学与 核酸分子杂交技术[M].成都: 四川科学技术出版社, 1994:72-98.

    [3] Eghbali M, Blumenfeld OO, Seifter S et al. Localization of type s and collag en in rat heart cells by in situ hybridization [J]. J Mol Cell Cardiol , 1989;21(1):103-113.

    [4] 樊 宏,刘维永,晏培松et al. 风湿性心脏病二尖瓣和心肌间质病理免疫 组化研究[J]. 中华医学杂志, 1996;76(1):1-4.

    收稿日期:2000-01-17; 修回日期:2000-02-21, http://www.100md.com