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肺动脉高压((pulmonary artery hypertension,PAH)是许多心肺血管疾病发生发展过程中重要的病理生理环节。在这个病理生理过程中,肺血管重构是重要的病理基础。肺血管重构的特征为肺动脉平滑肌细胞的增殖、迁移及细胞外基质的异常堆积使肺血管壁增厚、管腔狭窄、顺应性降低,其中血管平滑肌细胞的大量增殖是肺血管重构的重要病理变化,伴随有许多细胞因子的参与,但其增殖机制目前尚未阐明。
GATA结合蛋白6(GATA-6)是唯一表达于血管平滑肌的GATA家族转录因子,主要存在于正常静止的、分化表型的平滑肌细胞(smooth muscle cells,SMCs)。在损伤、有丝分裂素刺激下,可以参与细胞周期相关基因和平滑肌特异性基因的调节。在增殖的平滑肌细胞中,GATA-6mRNA水平是下调的。在体内实验中,腺病毒介导的GATA-6基因转染球囊损伤后的颈动脉,能阻止血管损伤形成,这说明GATA-6与血管平滑肌细胞表型调节有关。而过度表达GATA-6可以诱导细胞生长的停滞,这种抑制作用能通过增加细胞周期蛋白依赖激酶抑制剂P21的表达及稳定其转录后性质来实现。GATA-6基因腺病毒转染平滑肌细胞的微点阵基因芯片分析,GATA-6转录因子也能激活内皮素-1和血管紧张素la受体基因的转录,促使血管平滑肌从收缩表型向合成表型转化,这可能是血管平滑肌细胞发生增殖对血流动力学和体液刺激的适应性应答。以上研究说明GATA-6转录因子是血管平滑肌细胞增殖的重要调节因子。
P21是细胞周期蛋白依赖激酶抑制剂之一,具有抑制周期蛋白依赖性激酶(CDK)活性的作用,可以抑制增殖核抗原(PCNA)复制DNA的活性。在低氧、MCT诱导的肺动脉高压大鼠中,发现P21表达下调,P53通过目标产物P21发挥抑制血管重构。增殖的肺动脉平滑肌细胞中,也发现P21表达下调。
我们前期工作发现了选择性5-羟色胺再摄取抑制剂(serotonin transporter inhibitors,SSRIs)氟西汀抑制MCT诱导的肺动脉高压大鼠右心室肥厚和肺血管重塑,大鼠肺组织和右心室中GATA结合蛋白4(GATA-4)表达增多,氟西汀(fluoxetine)能够剂量依赖的降低GATA-4的蛋白表达。我们认为GATA-4参与氟西汀抑制MCT诱导的肺动脉高压的右心室肥厚和肺血管重塑。GATA-6和GATA-4同属于GATA家族,都能识别GATA序列元件。但GATA-6是否参与氟西汀抑制MCT诱导的肺动脉高压的右心室肥厚和肺血管重塑,目前尚无报道。
本研究采用MCT诱导大鼠慢性肺动脉高压模型,通过给予模型动物不同剂量氟西汀,观察大鼠肺动脉,肺组织和心脏的GATA-6基因及蛋白的表达变化,以此研究GATA-6在氟西汀抑制野百合碱诱导的大鼠肺动脉高压的可能机制。
实验材料与方法:
一、建立MCT诱导的慢性PAH大鼠模型
体重200g左石的雄性Wistar大鼠32只,随机分4组:Control组(Control)、MCT组(MCT)、MCT+氟西汀低剂量组(MCT-F2)和MCT+氟西汀高剂量组(MCT-F10)。MCT-F2组和MCT-F10组大鼠每天分别给予氟西汀2mg/kg和10mg/kg灌胃,各组大鼠常规饲养3周。给药21天后,分别检测肺动脉压力,右心肥厚指数:病理染色的方法检测肺中小动脉平滑肌增殖指数;用RT-PCR方法检测肺动脉,肺和心脏GATA-6和P21mRNA变化;免疫组化检测GATA-6在肺组织的表达及部位。用统计分析的方法,比较不同组别各指标差异,探讨GATA-6在氟西汀抑制野百合碱诱导的大鼠肺动脉高压的可能机制。
二、统计学分析
所有数据以mean±SD表示,采用单因素方差分析。P<0.05时认为差异具有统计学意义。采用SPSS13.0软件进行统计学分析。
实验结果:
一、氟西汀对MCT诱导的肺动脉高压大鼠的体重及血流动力学的影响
与对照组相比,MCT组大鼠的体重明显降低,由275.6±38.7g降至229.9±32.2g(P<0.01),而氟西汀治疗组与MCT相比无统计学差异。与对照组相比,MCT组大鼠平均肺动脉压显著升高由16.6±3.0mmHg到30.5±4.9mmHg(P<0.05);MCT+F10组明显降低MCT引起的肺动脉压升高,平均肺动脉压降低到22.1±4.4(P<0.05),MCT+F2平均肺动脉压比MCT组低,但没有达到统计学意义。
二、氟西汀降低右心指数
与对照组相比,MCT组大鼠右心指数显著升高由26.6±2.7%升高到54.4±9.3%(P<0.05),MCT+F10组降低了MCT引起的右心指数,从MCT组的54.4±9.3%降低到40.5±5.8%(P<0.05)。
三、氟西汀抑制肺血管平滑肌细胞增殖
与对照组相比,MCT组大鼠肺小动和脉厚度由14.7±4.1um增加到29.8±7.0um(P<0.01);MCT+F10组明显降低MCT引起的血管壁增厚,由29.8±7.0um降低到22.1±3.2um(P<0.01)。
四、肺动脉GATA-6 mRNA、P21 mRNA的表达
与对照组相比,MCT组大鼠肺动脉GATA-6 mRNA和P21 mRNA表达明显降低,分别由1.57±0.53降到0.69±0.16(P<0.05),1.70±0.37降到0.74±0.25;MCT+F2组增加MCT引起的GATA-6 mRNA、P21 mRNA表达降低但无统计学差异,MCT+F10组显著增加MCT引起的GATA-6 mRNA、P21 mRNA表达明显降低(P<0.01)。
五、肺组织GATA-6 mRNA、P21 mRNA的表达
与对照组相比,MCT组大鼠肺组织GATA-6 mRNA表达明显下降,由1.95±0.65降到0.56±0.18(P<0.05); MCT+F2和MCT+F10组均能增加MCT引起的GATA-6 mRNA的下降,分别由0.56±0.18上升到0.96±0.25、0.99±0.20,但只有MCT+F10组有统计学差异(P<0.05)。与对照组相比,MCT组大鼠肺组织P21 mRNA表达明显下降,由1.44±0.12降到0.29±0.11(P<0.01);MCT+F2和MCT+F10组均能增加MCT引起的P21 mRNA的下降,分别由0.29±0.11上升到0.75±0.09、0.89±0.36(P<0.05)。
六、右心及左心GATA-6 mRNA的表达
与对照组相比,MCT组大鼠右心GATA-6 mRNA表达明显下降,由1.47±0.39降到0.38±0.11(P<0.01);MCT+F2和MCT+F10组均能增加MCT引起的GATA-6mRNA的下降,分别由0.38±0.11上升到1.02±0.17(P<0.01)、1.28±0.38(P<0.01)。左心各组GATA-6 mRNA表达均无统计学差异。
七、氟西汀对MCT诱导的大鼠肺组织GATA-6和P21蛋白表达的影响
免疫组织化学研究结果表明,GATA-6和P21阳性细胞着色定位免疫组织化学研究结果表明,GATA-6和P21阳性细胞着色定位于细胞浆,染色深度不等,为棕黄色至深棕褐色。与对照组相比,MCT组大鼠肺组织GATA-6和P21阳性细胞显著减少,GATA-6阳性细胞由22.86±13.77降至3.57±2.88(P<0.01),P21由28.63±13.77降至2.5±1.19(P<0.01);MCT+F2和MCT+F10组GATA-6和P21阳性细胞显著增加,GATA-6干预组分别增加到16.71±6.92(P<0.01),22.43±7.60(P<0.01);P21干预组分别增加到15.00±6.73(P<0.01),21.63±8.34(P<0.01)。
结论:
氟西汀抑制MCT诱导的肺动脉平滑肌增殖和右心室肥厚与增加GATA-6的表达有关,并且该作用与其调控P21的表达相关。