李慧歆,粟裕冬,董波
(1.山東中醫(yī)藥大學(xué),山東 濟(jì)南 250014;2.山東第一醫(yī)科大學(xué)附屬省立醫(yī)院,山東 濟(jì)南 250021)
心血管疾病是全球范圍人類死亡的主要原因之一。冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟?。╟oronary atherosclerotic heart disease,CHD),簡(jiǎn)稱冠心病,是心血管疾病中發(fā)病率最高、死亡風(fēng)險(xiǎn)最大的疾病之一。目前對(duì)于冠心病導(dǎo)致的血管堵塞,有效的非藥物治療手段當(dāng)屬經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療(percutaneous coronary intervention,PCI),它可以快速打開(kāi)阻塞動(dòng)脈并減少心臟損害[1-2]。然而有研究表明,PCI術(shù)后有5%~15%患者在1年內(nèi)會(huì)發(fā)生不良心血管事件[3-4],其中再狹窄率可達(dá)3%~20%[5]。原因是介入過(guò)程中損傷了血管內(nèi)膜,導(dǎo)致多種細(xì)胞介質(zhì)釋放,促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs)發(fā)生了表型轉(zhuǎn)化,從收縮表型轉(zhuǎn)化為合成表型,并從中膜遷移到內(nèi)膜,使內(nèi)膜增厚,導(dǎo)致血管狹窄。細(xì)胞介質(zhì)中,血小板衍生生長(zhǎng)因子-BB(PDGF-BB)是發(fā)揮主要作用的介質(zhì)之一,PDGF-BB能夠和VSMCs表面的酪氨酸激酶受體結(jié)合,從而激活細(xì)胞內(nèi)相關(guān)信號(hào)通路,參與血管內(nèi)膜新生的發(fā)生和發(fā)展,進(jìn)而導(dǎo)致血管狹窄[6]。
肉桂是中醫(yī)學(xué)常用藥材,具有散寒止痛、溫經(jīng)通脈的功效。張仲景將胸痹的病機(jī)歸納為“陽(yáng)微陰弦”,治療以溫陽(yáng)通脈為主,因此肉桂可用于治療寒凝阻滯型冠心病[7]。2-甲氧基肉桂醛(2-methoxycinnamaldehyde,2-MCA)是肉桂中的有效成分之一?,F(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn),2-MCA具有抗炎[8]、抑制癌細(xì)胞增殖[9]、抗氧化應(yīng)激[10]等作用。但其是否能抑制VSMCs表型轉(zhuǎn)化,作用尚不明確。本研究采用PDGF-BB誘導(dǎo)VSMCs表型轉(zhuǎn)化,并探究2-MCA對(duì)PDGF-BB誘導(dǎo)的VSMCs增殖、遷移和表型轉(zhuǎn)化的影響,以期為臨床預(yù)防血管內(nèi)膜新生提供依據(jù)。
純度99.42%葛根素(MCE公司,貨號(hào):HYN0145);DMEM高糖培養(yǎng)基、胎牛血清(美國(guó)Gibco公司,貨號(hào):11995500、10099-141);CCK8、結(jié)晶紫溶液(上海碧云天生物技術(shù)有限公司,貨號(hào):C0038、C0121);BCA試劑盒(貨號(hào):PC0020)、牛血清白蛋白(貨號(hào):A8020)、Transwell-24膜嵌套(貨號(hào):3422)購(gòu)自北京索萊寶科技有限公司;重組鼠PDGF-BB(貨號(hào):315-18)購(gòu)自美國(guó)Peprotech公司;兔抗Osteopontin多克隆抗體(貨號(hào):22952-1-AP)、兔抗SMMHC多克隆抗體(貨號(hào):21404-1-AP)、兔抗GAPDH多克隆抗體(貨號(hào):10494-1-AP)購(gòu)自美國(guó)Proteintech Group公司;兔抗Smoothelin 多克隆抗體(貨號(hào):A6745)購(gòu)自武漢愛(ài)博泰克(ABclonal)生物科技有限公司;兔抗α-SMA單克隆抗體(貨號(hào):ab124964)、山羊抗兔IgG H&L (Alexa Fluor?488)(貨號(hào):ab150077)購(gòu)自英國(guó)Abcam公司;辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記的山羊抗兔IgG(H + L)(貨號(hào):ZB-2301)購(gòu)自北京中杉金橋生物技術(shù)有限公司。
1384超凈工作臺(tái)(美國(guó)Thermo Fisher公司);Forma-Steri-Cycle 371恒溫二氧化碳培養(yǎng)箱(美國(guó)Thermo Fisher 公司);Ni-E手動(dòng)正置熒光顯微鏡、Ti-S手動(dòng)倒置熒光顯微鏡(日本Nikon公司);Multifuge X1R高性能通用臺(tái)式離心機(jī)(美國(guó)Thermo Fisher公司);Synergy HI Microplate Reader連續(xù)波長(zhǎng)酶標(biāo)儀(美國(guó)Bio Tek儀器有限公司);Amersham Imager 680超敏化學(xué)發(fā)光成像儀(美國(guó)GE公司)。
SPF級(jí)雄性SD大鼠(濟(jì)南朋悅實(shí)驗(yàn)動(dòng)物公司),6周齡,體質(zhì)量(200±15)g,許可證號(hào):SCXK(魯)20190003。
將SD大鼠麻醉后處死,固定在手術(shù)臺(tái)上,取下主動(dòng)脈放進(jìn)含20% FBS的完全培養(yǎng)基中,轉(zhuǎn)移至超凈工作臺(tái)。將血管縱向剖開(kāi),用鑷子將中、外膜分離,將中膜轉(zhuǎn)移至新培養(yǎng)皿中剪至針尖大小,再放到T25培養(yǎng)瓶中,使其均勻分布。沿瓶壁加入5 mL含20% FBS的完全培養(yǎng)基,將培養(yǎng)瓶于37 ℃,5% CO2培養(yǎng)箱中直立放置1.5 h后,緩慢放平,讓培養(yǎng)基完全浸沒(méi)組織塊。7 d后可見(jiàn)組織塊周圍有細(xì)胞爬出,3周后進(jìn)行傳代。待細(xì)胞傳至第3代時(shí)進(jìn)行鑒定。
將消化后的第3代VSMCs種在24孔板爬片上,貼壁后,用4%多聚甲醛固定15 min,PBS清洗3遍后,再加入0.1% Triton X-100通透20 min,清洗后再用5%BSA溶液封閉30 min。加入稀釋好的α-SMA抗體(1∶200) 4 ℃過(guò)夜。次日,室溫避光條件下用熒光二抗孵育1 h,PBS清洗后用含DAPI的封片液封片,于正置熒光顯微鏡下觀察拍照。
取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的VSMCs,用胰酶消化后收集細(xì)胞接種于96孔板中,每組設(shè)6個(gè)復(fù)孔。①毒性檢測(cè):待細(xì)胞貼壁后將細(xì)胞分為5組,分別加入含不同濃度2-MCA(0、100、200、400、800 μmol/L)培養(yǎng)基100 μL,放入37 ℃,5% CO2的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。②增殖檢測(cè):待細(xì)胞貼壁后將細(xì)胞分為對(duì)照組、PDGF-BB組(加入10 ng/mL PDGF-BB的培養(yǎng)基100 μL)和PDGF-BB + 2-MCA組(加入10 ng/mL PDGF-BB和100 μmol/L 2-MCA的培養(yǎng)基100 μL),放入37 ℃,5% CO2的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。24 h后,每孔加入10 μL CCK8溶液,于37 ℃孵箱中培養(yǎng)2 h,取出后用多功能酶標(biāo)儀檢測(cè)450 nm波長(zhǎng)處的吸光值(OD值)。
將對(duì)數(shù)期生長(zhǎng)的VSMCs接種于6孔板中,待其密度達(dá)90%左右時(shí),用無(wú)血清培養(yǎng)基饑餓12 h,再用20 μL槍頭在孔中劃3條豎線,用PBS洗凈脫落的細(xì)胞。對(duì)照組、PDGF-BB組和PDGF-BB + 2-MCA組分別用相應(yīng)的無(wú)血清培養(yǎng)基刺激24 h,刺激前后均于倒置顯微鏡下觀察同一位置,拍照記錄。
用無(wú)血清培養(yǎng)基將消化后的細(xì)胞稀釋成為2 × 105個(gè)/mL。取100 μL含細(xì)胞培養(yǎng)基加入小室上層,放入24孔板中,下室中加入600 μL含10% FBS的完全培養(yǎng)基,使濾膜完全浸入下層培養(yǎng)基中,在上室中分別加入PDGF-BB和2-MCA,使其濃度分別達(dá)到10 ng/mL和100 μmol/L。培養(yǎng)24 h后,取出小室,用PBS清洗2遍,4%多聚甲醛固定30 min,清洗后再用0.1%結(jié)晶紫染色30 min,用棉簽擦去小室內(nèi)殘余細(xì)胞,置于倒置顯微鏡下觀察拍照。
將細(xì)胞分為對(duì)照組、PDGF-BB組和PDGF-BB +2-MCA組。相應(yīng)藥物刺激24 h后,配制裂解液(RIPA∶PMSF∶磷酸酶抑制劑 = 100∶1∶1)在冰上裂解VSMCs,30 min后在4 ℃條件下13 000 r/min離心15 min,收集蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)經(jīng)BCA檢測(cè)定量后,每孔上樣20 μg,用10% SDS-PAGE凝膠進(jìn)行電泳并轉(zhuǎn)移到PVDF膜上,用5% BSA溶液在室溫下封閉1 h。然后按照分子量將膜裁開(kāi),與相應(yīng)抗體的稀釋液(1∶1 000)在4 ℃搖床上孵育過(guò)夜,次日,TBST清洗3遍,每次10 min,然后與HRP結(jié)合的二抗稀釋液(1∶5 000)在室溫孵育1 h,TBST清洗3遍后,曝光、顯影,使用ImageJ軟件進(jìn)行定量分析。
每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。使用SPSS 26.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,滿足方差齊性的數(shù)據(jù)進(jìn)行多組間單因素方差分析(one-way ANOVA),各組結(jié)果用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示。P< 0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
平滑肌肌動(dòng)蛋白α(alpha,smooth muscle actin,α-SMA)是VSMCs的特異性標(biāo)志物,常用來(lái)進(jìn)行細(xì)胞鑒別。α-SMA顯綠色熒光,細(xì)胞核顯藍(lán)色熒光,細(xì)胞中可見(jiàn)明顯肌絲,提示從大鼠主動(dòng)脈中提取出來(lái)的原代細(xì)胞α-SMA表達(dá)陽(yáng)性,可證明該細(xì)胞確實(shí)為VSMCs。見(jiàn)圖1。
圖1 原代VSMCs鑒定(× 100)
分別用0、100、200、400、800 μmol/L的2-MCA處理VSMCs 24 h。結(jié)果發(fā)現(xiàn),與0 μmol/L組比較,100 μmol/L的2-MCA對(duì)VSMCs的活性無(wú)明顯影響,200、400、800 μmol/L的2-MCA使VSMCs的細(xì)胞活性明顯降低,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P< 0.000 1),因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)選擇VCMCs濃度為100 μmol/L。見(jiàn)表1。
表1 不同濃度2-MCA處理24 h后細(xì)胞存活率比較(±s)
表1 不同濃度2-MCA處理24 h后細(xì)胞存活率比較(±s)
注:與0 μmol/L組比較,****P < 0.000 1。
濃度/(μmol/L)0 100 200 400 800細(xì)胞活性/%101.69±1.73 97.55±3.69 84.7±0.91****41.94±2.38****18.64±0.90****n3 3 3 3 3
用PDGF-BB和100 μmol/L的2-MCA處理VSMCs 24 h,結(jié)果發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組比較,PDGF-BB組細(xì)胞活性增強(qiáng),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P< 0.000 1),與PDGF-BB組比較,2-MCA能明顯抑制PDGF-BB誘導(dǎo)的細(xì)胞增殖,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P< 0.01)。見(jiàn)表2。
表2 各組細(xì)胞活性情況比較(±s)
表2 各組細(xì)胞活性情況比較(±s)
注:與對(duì)照組比較,####P < 0.000 1;與PDGF-BB組比較,**P < 0.01。
組別對(duì)照組PDGF-BB組PDGF-BB + 2-MCA組細(xì)胞活性/%100.00±3.13 206.26±8.73####181.13±2.19**n3 3 3
用PDGF-BB和100 μmol/L的2-MCA處理劃痕細(xì)胞24 h后發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組比較,PDGF-BB組劃痕愈合明顯(P< 0.01),用100 μmol/L 2-MCA處理后,能明顯抑制PDGF-BB誘導(dǎo)的劃痕愈合,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P< 0.05)。Transwell結(jié)果顯示,與對(duì)照組比較,PDGF-BB組細(xì)胞遷移數(shù)明顯增多(P< 0.01),與PDGF-BB組比較,PDGF-BB + 2-MCA組細(xì)胞遷移數(shù)明顯減少(P< 0.01)。見(jiàn)表3和圖2、3。
表3 各組細(xì)胞遷移率比較(±s)
表3 各組細(xì)胞遷移率比較(±s)
注:與對(duì)照組比較,##P < 0.01;與PDGF-BB組比較,*P < 0.05,**P < 0.01。
遷移數(shù)/個(gè)31±4 75±9##40±12**組別對(duì)照組PDGF-BB組PDGF-BB+2-MCA組n3 3 3遷移率/%8.78±4.47 39.71±7.82##24.54±3.51*
圖2 2-MCA對(duì)PDGF-BB誘導(dǎo)的VSMCs劃痕的影響(× 40)
圖3 2-MCA對(duì)PDGF-BB誘導(dǎo)的VSMCs遷移的影響(× 200)
平滑肌蛋白(smoothelin,SMTN)以及平滑肌肌球蛋白重鏈(smooth muscle myosin heavy chain,SMMHC)是VSMCs的收縮標(biāo)志物,骨橋蛋白(osteopontin,OPN)是合成標(biāo)志物。當(dāng)收縮標(biāo)志物減少,合成標(biāo)志物增多則說(shuō)明VSMCs發(fā)生了表型轉(zhuǎn)化。與對(duì)照組比較,PDGFBB能夠減少SMMHC和SMTN的蛋白表達(dá)(P< 0.05,P< 0.01),增加OPN的蛋白表達(dá)(P< 0.05),而2-MCA處理24 h后,OPN表達(dá)減少(P< 0.05),SMMHC和SMTN表達(dá)增多(P< 0.05)。見(jiàn)圖4。
圖4 2-MCA對(duì)PDGF-BB誘導(dǎo)的VSMCs表型轉(zhuǎn)化的影響
PCI作為改善心肌血流灌注最有效的方法之一,其術(shù)后再狹窄的發(fā)生嚴(yán)重影響了治療的遠(yuǎn)期效果,對(duì)患者和家屬的經(jīng)濟(jì)及心理都產(chǎn)生了不可忽視的壓力。而由血管壁損傷引發(fā)的VSMCs表型轉(zhuǎn)化及內(nèi)膜新生在其中起著主要作用[11]。
現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn),動(dòng)脈具有三層結(jié)構(gòu),外膜的主要成分是纖維結(jié)締組織,中膜由平滑肌細(xì)胞組成,內(nèi)膜則由內(nèi)皮細(xì)胞組成。VSMCs在體內(nèi)是高度分化細(xì)胞,具有很強(qiáng)的可塑性,在生理狀態(tài)下處于收縮表型,能夠維持血管彈性,調(diào)控血壓和血流分布,增殖遷移能力弱[12]。然而內(nèi)皮損傷后,VSMCs直接暴露在血液中,某些活性介質(zhì)會(huì)使VSMCs的表型發(fā)生改變,從收縮表型轉(zhuǎn)化為高度增殖和分泌的合成表型[13],大量增殖的同時(shí)向內(nèi)膜遷移并分泌細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)以修復(fù)血管。過(guò)度的修復(fù)導(dǎo)致了內(nèi)膜增生及血管重構(gòu),最終導(dǎo)致了再狹窄的發(fā)生[14]。因此抑制VSMCs的表型轉(zhuǎn)化是緩解再狹窄的關(guān)鍵步驟。
PDGF是一種重要的有絲分裂原和趨化劑,表達(dá)在血管平滑肌細(xì)胞、間充質(zhì)細(xì)胞和成骨樣細(xì)胞中,并且在各種血管相關(guān)疾病如高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化和血管再狹窄的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。正常血管壁在生理狀態(tài)下PDGF水平較低,當(dāng)內(nèi)膜受損時(shí),血小板會(huì)釋放PDGF,誘導(dǎo)VSMCs表型轉(zhuǎn)化、增強(qiáng)炎癥反應(yīng)和血管氧化應(yīng)激進(jìn)而導(dǎo)致血管病變[6]。PDGF-BB是PDGF家族中的一種亞型,能夠和PDGF-β受體結(jié)合,促進(jìn)細(xì)胞增殖和遷移,同時(shí)還有研究認(rèn)為,PDGF-BB是調(diào)控VSMCs表型轉(zhuǎn)化的最強(qiáng)因子[15]。因此本實(shí)驗(yàn)在參考部分文獻(xiàn)以及進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)后,選擇10 ng/mL作為建立PDGF-BB體外誘導(dǎo)VSMCs表型轉(zhuǎn)化模型的濃度。
PCI術(shù)后再狹窄屬“胸痹”范疇?!靶乇浴币辉~最早見(jiàn)于《黃帝內(nèi)經(jīng)》,后由張仲景闡明了該病的病因病機(jī),認(rèn)為素體陽(yáng)氣虧虛,寒凝血脈,是導(dǎo)致心脈痹阻,發(fā)為疼痛的主要原因,并創(chuàng)立了一系列溫陽(yáng)方劑,為后世胸痹的治療奠定了基礎(chǔ)。唐代孫思邈在《千金要方》對(duì)胸痹的辨治中,以臟腑為核心,開(kāi)辟了新的療法,延續(xù)了仲景溫陽(yáng)之法,并將其細(xì)化為溫補(bǔ)心陽(yáng)和溫補(bǔ)中焦,使治療更具有針對(duì)性[16]。而葉天士善用溫通之藥,曾言“若夫胸痹,則但因胸中陽(yáng)虛不運(yùn),久而成痹”[17]。有研究顯示,清代以前歷代醫(yī)家治療胸痹所用藥物中,溫陽(yáng)藥居首位[18]。
肉桂味辛、溫,有補(bǔ)火助陽(yáng)、散寒止痛、溫經(jīng)通脈、引火歸元的功效。2-甲氧基肉桂醛是肉桂的有效成分之一。有研究發(fā)現(xiàn),2-MCA能夠抑制TNF-α誘導(dǎo)的VSMCs增殖和遷移,其主要是通過(guò)NF-κB信號(hào)通路發(fā)揮作用的[19]。但是2-MCA對(duì)于PDGF-BB誘導(dǎo)的VSMCs表型轉(zhuǎn)化的影響,并無(wú)相關(guān)研究發(fā)表。
本研究使用組織貼壁法從大鼠體內(nèi)提取原代VSMCs,并用α-SMA進(jìn)行鑒定,結(jié)果顯示提取的原代細(xì)胞α-SMA陽(yáng)性率較高,說(shuō)明用該方法提取的細(xì)胞純度較好,且大部分為收縮表型,可用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。為了確定2-MCA的安全濃度范圍,本研究采用CCK8法進(jìn)行細(xì)胞毒性檢測(cè),實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,100 μmol/L以內(nèi)的2-MCA在24 h內(nèi)對(duì)VSMCs無(wú)明顯毒性,不影響其存活率,因此選擇了100 μmol/L 2-MCA進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。CCK8結(jié)果顯示,PDGF-BB對(duì)VSMCs有明顯的促進(jìn)增殖作用,用100 μmol/L的2-MCA干預(yù)24 h后,細(xì)胞增殖率較PDGF-BB組有所下降,說(shuō)明2-MCA能夠有效抑制PDGF-BB誘導(dǎo)的細(xì)胞增殖。劃痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,PDGF-BB對(duì)VSMCs劃痕的愈合有明顯的促進(jìn)作用,而將2-MCA作用于VSMCs后,能夠明顯減少劃痕恢復(fù)的距離。Transwell結(jié)果顯示,PDGF-BB能夠引起VSMCs遷移增加,2-MCA處理后,可以減少VSMCs的遷移數(shù)目,以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明2-MCA能夠有效抑制PDGF-BB誘導(dǎo)的VSMCs遷移。Western blot結(jié)果顯示,PDGF-BB處理24 h后,細(xì)胞內(nèi)合成標(biāo)志物OPN表達(dá)增多,收縮標(biāo)志物SMMHC和SMTN表達(dá)均降低,說(shuō)明PDGF-BB能夠使VSMCs發(fā)生表型轉(zhuǎn)化,發(fā)生表型轉(zhuǎn)化的VSMCs增殖及遷移能力均增強(qiáng),這與前面實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證的PDGF-BB能夠促進(jìn)細(xì)胞增殖、遷移的結(jié)論相吻合。在PDGF-BB基礎(chǔ)上加用100 μmol/L 2-MCA,VSMCs內(nèi)合成標(biāo)志物有所降低,而收縮標(biāo)志物有所升高,說(shuō)明2-MCA抑制了PDGF-BB誘導(dǎo)細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化的作用,基于此推測(cè)2-MCA是通過(guò)抑制VSMCs表型轉(zhuǎn)化來(lái)抑制其增殖和遷移的。
此外,除了PCI術(shù)后再狹窄,VSMCs的表型轉(zhuǎn)化與動(dòng)脈瘤和動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展也有密切聯(lián)系。合成表型的VSMCs會(huì)導(dǎo)致血管張力減弱,在血流作用下逐漸擴(kuò)張為動(dòng)脈瘤[20]。有研究發(fā)現(xiàn),在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展過(guò)程中,VSMCs至少占了泡沫細(xì)胞的50%,同時(shí)合成表型的VSMCs分泌的細(xì)胞外基質(zhì)也促進(jìn)了內(nèi)膜增厚,進(jìn)一步堵塞血管[21]。
綜上所述,本研究通過(guò)體外建立VSMCs合成表型的細(xì)胞模型,探究2-甲氧基肉桂醛對(duì)VSMCs的作用。結(jié)果顯示,2-MCA能夠抑制VSMCs的增殖和遷移,該作用主要是通過(guò)抑制VSMCs的表型轉(zhuǎn)化來(lái)實(shí)現(xiàn)的,因此研究2-MCA對(duì)VSMCs表型轉(zhuǎn)化的抑制作用,不僅對(duì)解決PCI術(shù)后再狹窄有幫助,還為主動(dòng)脈瘤、動(dòng)脈粥樣硬化等血管疾病的臨床治療提供了研究基礎(chǔ)。