羟基红花黄色素A调控AMPK/NLRP3通路抗心肌缺血再灌注损伤分子机制研究

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急性心肌梗死严重威胁着人类的健康,早期血流恢复对维持心脏功能、减轻心肌细胞损伤具有重要作用。然而,随着血流恢复,心肌组织结构和心功能产生进一步损伤称为心肌缺血再灌注损伤(Myocardial ischemia reperfusion injury,MIRI)。炎症反应是MIRI的重要病理机制之一,缺血/再灌注(ischemia/reperfusion,I/R)诱导NLRP3炎症小体活化,由此产生的IL-1 β、IL-18和caspase-1参与MIRI过程。自噬可抑制炎症小体活化,并抑制IL-1 β和IL-18的分泌。自噬在MIRI过程中发挥重要作用,适度的自噬抑制了心肌梗死后的损伤。因此,通过调节自噬抑制NLRP3炎症小体活化是减轻MIRI有效途径。AMP激活的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)可通过自噬等多条途径负调控NLRP3炎症小体活化所介导的炎症反应。羟基红花黄色素A(Hydroxysafflor yellow A,HSYA)是红花及注射用红花黄色素的主要黄酮类活性成分,红花及注射用红花黄色素的多种药理活性与HSYA有关。红花是传统的活血化瘀类代表药物,被广泛地应用于心脑血管疾病的治疗,其中红花黄酮是红花的主要效应物质,对心血管系统具有显著的保护作用。红花黄酮对缺氧/复氧(hypoxia/reoxygenation,H/R)诱导的心肌细胞损伤具有保护作用,其机制与抑制NLRP3炎症小体激活有关。然而,红花黄酮对MIRI保护作用的物质基础尚不明确,HSYA能否通过抑制NLRP3炎症小体对MIRI发挥保护作用及其作用机制尚待确定。在本研究中,首先利用H9c2心肌细胞H/R模型研究五种红花黄酮对MIRI保护作用,然后利用细胞和动物模型探讨了 HSYA对MIRI的保护作用及其激活自噬抑制NLRP3炎症小体活化的分子机制。主要研究结果如下:1.羟基红花黄色素A、脱水红花黄色素B、山奈酚、圣草酚和芹菜素五种红花黄酮分别预给药6 h,利用MTT法检测不同红花黄酮对正常H9c2心肌细胞的影响,确定了五种红花黄酮的安全剂量范围。然后将五种红花黄酮分别预给药4 h、12 h和24 h,然后进行缺氧6 h,复氧12 h处理,利用MTT法分别检测五种红花黄酮对H/R诱导H9c2心肌细胞损伤的保护作用。结果表明,在本实验设定的剂量范围内,羟基红花黄色素A和脱水红花黄色素B对正常H9c2心肌细胞没有显著影响,芹菜素和山奈酚给药剂量达到25 μM后降低H9c2心肌细胞的存活率,而圣草酚给药剂量大于50 μ M时降低H9c2心肌细胞存活率。五种红花黄酮均对H/R诱导H9c2心肌细胞损伤具有保护作用,其中,羟基红花黄色素A、脱水红花黄色素B、山奈酚三种黄酮对H/R诱导的H9c2心肌细胞损伤表现出较强的保护作用。2.成年SD大鼠结扎左前降支30 min,再灌注24 h制作MIRI模型,研究HSYA对大鼠MIRI的保护作用及其机制。利用TTC染色测量并计算不同组别大鼠心肌梗死面积;利用TUNEL试剂盒检测心肌组织的凋亡情况;利用HE染色检测心肌组织形态改变;利用生化试剂盒检测大鼠血清中心肌酶CK-MB、LDH、AST水平;通过ELISA试剂盒检测不同组别大鼠血清中TNF-α、IL-1β、IL-18等炎症因子水平,通过Western blot和免疫组化检测不同组别大鼠心肌组织中NLRP3炎症小体等相关蛋白表达,以评价HSYA对炎症损伤的保护作用;采用Western blot检测自噬相关蛋白Atg5、BECN1、P62、LC3B等的表达,以评价HSYA对自噬的影响;采用Westernblot检测HSYA对AMPK/mTOR信号通路的影响。结果表明,HSYA对大鼠MIRI发挥保护作用,能够降低心肌梗死面积,减轻心肌功能紊乱,与缺血再灌注损伤组比较,HSYA能抑制mTOR表达,提高AMPK磷酸化水平,抑制心肌细胞凋亡,降低大鼠血清炎性细胞因子水平,诱导自噬,从而抑制NLRP3炎症小体活化。3.研究HSYA对H/R诱导的H9c2心肌细胞损伤的保护作用及其机制。采用JC-1染色观察细胞线粒体膜电位变化,流式细胞术检测细胞早期凋亡(AnnexinV/PI双染),生化试剂盒检测caspase-3活性,研究HSYA对H/R诱导心肌细胞凋亡的保护作用;通过ELISA试剂盒检测细胞上清中IL-1 β的分泌,生化试剂盒检测Caspase-1活性,Western blot检测NLRP3炎症小体相关蛋白的表达,以评价HSYA对炎症损伤的保护作用;构建自噬双标慢病毒(RFP-GFP-LC3)H9c2细胞稳定细胞系,实时监测自噬流,采用Western blot检测LC3等自噬相关蛋白的表达,以评价HSYA对自噬的影响;采用Western blot检测HSYA对AMPK信号通路蛋白磷酸化的影响。结果表明,HSYA对H/R诱导H9c2心肌细胞损伤具有保护作用,提高心肌细胞活力,维持线粒体膜电位,减少心肌细胞凋亡,降低caspase-3活性,抑制H/R诱导NLRP3炎症小体的激活。HSYA对H/R诱导心肌细胞损伤的保护作用可以被AMPK抑制剂Compound C所抑制,表明HSYA可通过提高AMPK磷酸化水平,改善自噬,负调控NLRP3炎症小体活化对H/R诱导心肌细胞损伤发挥保护作用。本论文首次证明了 HSYA可通过提高AMPK磷酸化水平,改善自噬,负调控NLRP3炎症小体活化,从而发挥抗MIRI作用,为红花更精准的临床应用提供科学依据。并明确了促进自噬、抑制NLRP3炎症小体活化可作为药物对MIRI发挥保护作用的新途径,为抗MIRI新药发现提供了新思路。
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