内源性硫化氢对小鼠胃平滑肌运动的调控作用及其机制

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长期以来生物医学领域对硫化氢(hydrogen sulfide,H2S)的认识主要局限于其毒性作用。但近年来的研究表明,内源性H2S广泛参与机体多种生理、病理过程,被认为是继一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)之后的第三种气体信号分子口在哺乳动物体内,内源性H2S主要是通过两个细胞内酶:胱硫醚-β-合成酶(cystathionine-β-synthase,CBS)和胱硫醚裂解酶(cysta-thionine-Υ-lyase,CSE)分解L-半胱氨酸而产生。以往对H2S的研究主要集中在神经系统和心血管系统,现已发现它在消化系统发挥多种生理作用,但对其在胃肠动力的生理作用和机制则了解的不是十分清楚,并且存在较多争议。大量研究证实糖尿病(diabetes mellitus,DM)患者胃肠各部位均可存在运动障碍。糖尿病性胃轻瘫(diabeticgastroparesis,DGP)是糖尿病常见的一种慢性并发症,指继发于糖尿病基础上的,以胃动力低下、胃排空延迟、胃节律紊乱为特点的临床综合症,其严重影响患者的生活质量和血糖控制,但是发病机制尚未完全明确。国内外研究表明,内源性H2S异常与糖尿病的发生发展有密切关系,例如H2S可以通过包括KAy,通道在内的多种机制对胰岛p细胞的胰岛素分泌产生调节作用,但是关于H2S是否参与糖尿病性胃轻瘫的调节,目前尚未见到相关的研究报道。   本文利用分子生物学及电生理学等方法,首先,探讨了H2S对正常小鼠胃平滑肌运动的作用及其离子通道机制。应用蛋白质免疫印迹(western blotting)及双重免疫荧光细胞化学技术,分别检测H2S合成酶包括胱硫醚-β-合成酶(cystathionine-β-synthase,CBS)和胱硫醚-Υ-裂解酶(cystathionine-Υ-lyase,CSE)在正常小鼠胃组织以及培养的胃平滑肌细胞上的表达情况;在此基础上,应用离体肌条收缩实验及细胞内微电极记录技术,观察H2S对正常小鼠胃平滑肌自发性收缩及细胞膜电位的影响;进一步采用膜片钳传统全细胞记录技术,在急性分离的单个胃平滑肌细胞上,探讨H2S对胃肠道动力作用的离子通道机制。其次,以链脲佐菌素(streptozotocin,STZ)诱导的糖尿病小鼠模型为研究对象,检测H2S合成酶在胃组织中的表达变化,同时观察H2S对糖尿病小鼠胃窦平滑肌自发性收缩的作用,并初步探讨H2S对糖尿病性胃轻瘫的影响,为阐明糖尿病诱发胃肠动力障碍的发病机理提供新的实验依据。   研究结果如下:   一、硫化氢对小鼠胃平滑肌运动的调控作用①蛋白质免疫印迹结果显示,小鼠胃平滑肌组织表达有H2S合成酶包括CBS和CSE蛋白;②双重免疫荧光细胞化学结果证实,在培养的小鼠胃平滑肌细胞上均呈CBS和CSE蛋白表达阳性;③离体肌条收缩实验结果显示,NaHS(H2S供体)在高浓度时(>200—μM)明显抑制小鼠胃平滑肌自发性收缩的幅度和频率,而在低浓度时(60-100μM)则增加胃平滑肌自发性收缩的幅度,并同时明显增强平滑肌的张力,且呈浓度依赖性;④分别用Na+通道阻断剂河豚毒素(TTX)和NO合酶抑制剂L-NAME预处理肌条后,对低浓度NaHS引起的兴奋性作用均没有影响;⑤分别用非选择性K+通道阻断剂TEA(10 mM)和特异性延迟整流K+通道阻断剂4-AP(500μM)预处理肌条后,可以完全阻断低浓度NaHS对平滑肌的兴奋性作用。然而,TEA(lmM)则不能阻断对这种兴奋作用;⑥CBS抑制剂氨基氧乙酸(aminooxyacetic acid,AOA)显著抑制小鼠胃平滑肌自发性收缩的幅度和频率,并呈剂量依赖性。然而,这种抑制作用可以被L-半胱氨酸(L-cysteine,200μM)和低浓度Naris(90μM)逆转,收缩幅度和频率均可恢复或接近至未给药前的对照水平。但是,CSE抑制剂DL-炔丙基甘氨酸(DL-propargylglycine,PAG)却对胃平滑肌的自发性收缩无明显影响;⑦细胞内记录结果显示,NaHS在高浓度时(>100 uM)抑制小鼠胃平滑肌慢波的幅度和频率,同时细胞膜电位超极化:而在低浓度时(60~100μM)则可以使细胞膜电位发生去极化,但对慢波的幅度和频率无明显改变;⑧CBS抑制剂AOA明显抑制小鼠胃平滑肌慢波的幅度,并同时引起细胞膜电位超极化。然而,CSE抑制剂PAG则对胃平滑肌的慢波无显著影响;⑨在膜片钳传统全细胞记录模式下,AOA明显增强延迟整流钾电流IKV,而PAG对Ikv则无明显作用。   二、硫化氢对糖尿病小鼠胃平滑肌运动的作用①蛋白免疫印迹结果显示,在糖尿病模型小鼠的胃平滑肌组织中,H2S合成酶CBS和CSE蛋白的表达均降低;②与正常小鼠相比,NaHS(60--400μM)对糖尿病小鼠胃窦平滑肌张力的作用明显降低,表明糖尿病小鼠胃窦平滑肌对NaHS的反应性较低。   上述研究结果提示,①正常小鼠胃平滑肌组织或细胞可通过利用CBS和/或CSE内源性产生H2S;②外源性H2S对小鼠胃平滑肌自发性收缩具有双相调节作用,即低浓度兴奋作用和高浓度抑制作用。低浓度的外源性和内源性硫化氢对胃平滑肌运动起兴奋作用不是通过肠神经来实现,而是直接通过抑制外向延迟整流钾通道(KV)的开放所介导;③生理状体下,内源性H2S可能是维持胃肠道平滑肌紧张性的一种兴奋性气体信号分子,在胃肠运动调控中起着重要的作用;④糖尿病小鼠胃组织合成H2S的两个关键酶表达降低,提示胃组织内内源性H2S含量的减少,可能在糖尿病胃轻瘫发生、发展过程中起一定的作用。
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