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三七皂苷R1對肺高壓大鼠肺動脈平滑肌細胞SOCE的抑制作用

2015-02-26 06:55:31王瑞幸穆云萍黃秋虹吳枝娟焦海霞林默君
中國藥理學通報 2015年10期

王瑞幸,戴 耄,穆云萍,江 嬌,黃秋虹,吳枝娟,焦海霞,林默君

(福建醫(yī)科大學基礎(chǔ)醫(yī)學院生理學與病理生理學系,心血管科學研究室,福建福州 350108)

三七皂苷R1對肺高壓大鼠肺動脈平滑肌細胞SOCE的抑制作用

王瑞幸,戴 耄,穆云萍,江 嬌,黃秋虹,吳枝娟,焦海霞,林默君

(福建醫(yī)科大學基礎(chǔ)醫(yī)學院生理學與病理生理學系,心血管科學研究室,福建福州 350108)

中國圖書分類號:R-332;R284.1;R322.121;R322.74;R543.502;R544.02;R845.22

摘要:目的 探討三七皂苷R1(notoginsenoside R1)對慢性低氧(chronic hypoxia,CH)及野百合堿(monocrotaline,MCT)致肺高壓(pulmonary hypertension,PH)大鼠肺動脈平滑肌細胞(pulmonary arterial smooth muscle cells,PASMCs)鈣池操縱性鈣內(nèi)流(store-operated calcium entry,SOCE)的作用。方法制備CH及MCT致PH大鼠模型,通過Mn2+淬滅Fura-2熒光和Fluo-3熒光檢測胞質(zhì)游離Ca2+濃度(intracellular free calcium concentration,[Ca2+]i)觀察三七皂苷R1對CH及MCT致PH大鼠PASMCs SOCE的作用。結(jié)果 成功制備CH及MCT致PH大鼠模型;在硝苯地平預(yù)處理情況下,10 μmol·L-1三七皂苷R1可明顯降低環(huán)匹阿尼酸(cyclopia-zonic acid,CPA)誘導CH及MCT致PH大鼠PASMCs Mn2+淬滅幅度、Mn2+最大淬滅率、胞膜Ca2+內(nèi)流量和靜息[Ca2+]i。結(jié)論 三七皂苷R1對CH及MCT致PH大鼠PASMCs具有抑制SOCE和降低靜息[Ca2+]i的作用。

關(guān)鍵詞:肺高壓;慢性低氧;野百合堿;三七皂苷R1;鈣池操縱性鈣內(nèi)流;肺動脈平滑肌細胞

網(wǎng)絡(luò)出版時間:2015-9-14 14:53 網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20150914.1453.054.html

肺高壓(pulmonary hypertension,PH)是與許多不同病理特征和發(fā)病機制的疾病密切相關(guān)的病理生理學改變[1]。它是一種以進行性肺血管重構(gòu)為特征的嚴重疾病,表現(xiàn)為肺血管阻力增高,肺動脈壓力增高,右心室肥厚,最終可引起右心衰竭,甚至死亡[2]。目前研究表明,肺動脈平滑肌細胞(pulmona-ry arterial smooth muscle cells,PASMCs)靜息胞質(zhì)游離Ca2+濃度(intracellular free calcium concentration,[Ca2+]i)水平持續(xù)性增高,在血管收縮增強和血管重塑以及PH致病過程中起重要作用[3]。在特發(fā)性肺動脈高壓患者、慢性低氧(chronic hypoxia,CH)和野百合堿(monocrotaline,MCT)誘導PH模型動物中靜息[Ca2+]i的升高和肺動脈(pulmonary arter-ies,PAs)血管張力的增加主要是由鈣池操縱性鈣內(nèi)流(store-operated calcium entry,SOCE)功能增強引起[4-7]。雖然PH的研究取得了明顯的進展,但迄今尚缺乏有效的治療手段。目前,主要治療方法是應(yīng)用血管擴張劑,如前列腺素、磷酸二酯酶抑制劑和內(nèi)皮素-1受體拮抗劑等,但這些藥物價格昂貴,且療效有限。

近年來研究發(fā)現(xiàn),從傳統(tǒng)中藥三七中提取的活性成分三七皂苷R1(notoginsenoside R1)具有減輕低氧和高碳酸血癥誘導游離大鼠肺動脈環(huán)收縮的作用[8],我們先前研究也發(fā)現(xiàn),三七皂苷R1可能通過抑制SOCE,降低血管激動劑對肺高壓模型大鼠肺動脈的收縮作用[9]。本研究進一步觀察三七皂苷R1對CH及MCT致PH模型大鼠PASMCs SOCE的作用。

1 材料與方法

1.1實驗動物和分組 清潔級SD大鼠,♂,體質(zhì)量180~200 g,購自福建醫(yī)科大學實驗動物中心[SCXK(閩)2012-0001],隨機分成正常對照組(CON組)、CH致PH模型組(CH組)和MCT誘發(fā)PH模型組(MCT組)3組。

1.2試劑 MCT、膠原酶Ⅰ、木瓜蛋白酶、環(huán)匹阿尼酸(cyclopiazonic acid,CPA)、硝苯地平(nifedipine,Nif)、CaCl2、MnCl2、EGTA和A23187均為Sigma公司產(chǎn)品;Fluo-3,AM和Fura-2,AM(Invitrogen公司);三七皂苷R1(成都格雷西亞化學技術(shù)有限公司)。

1.3PH大鼠模型的建立

1.3.1CH誘發(fā)PH大鼠模型的建立大鼠置于常壓低氧(體積分數(shù)為0.1)密封的有機玻璃飼養(yǎng)箱內(nèi),飼養(yǎng)21 d。

1.3.2MCT誘發(fā)PH大鼠模型的建立[7]大鼠按

50 mg·kg-1劑量一次腹腔注射61.5 mmol·L-1MCT后,常規(guī)飼養(yǎng)21 d。

1.4PH大鼠模型的鑒定

1.4.1右心室收縮壓測定 大鼠腹腔注射肝素(Heparin,3125 IU·kg-1)5min后,氨基甲酸乙酯(1 g·kg-1)腹腔麻醉后,經(jīng)右頸外靜脈行右心室插管術(shù),記錄大鼠右心室收縮壓(right ventricular sys-tolic pressure,RVSP)。

1.4.2右心室質(zhì)量指數(shù)測定 測完RVSP后,迅速剪開胸腔取出大鼠的心臟和肺。沿房室交界處剪去左右心房及血管,分離右心室(RV)及左心室+室間隔(LV+S),并用濾紙吸去多余水分,分別稱重,計算RV/(LV+S)即右心室質(zhì)量指數(shù)(right ventricular mass index,RVMI)。

1.4.3肺動脈形態(tài)學檢測 將取下的肺以1.47 kPa壓力沿氣管注入甲醛,固定24 h,石蠟包埋,在距離肺尖約0.5 cm處切片,HE染色,光學顯微鏡下觀察肺血管形態(tài)。用Image Pro 6.0軟件分別測量并計算直徑為51-100 μm和101-150 μm肺動脈的管腔面積與總面積的百分比,以及管壁厚度與動脈半徑的百分比。

1.5PASMCs的分離和培養(yǎng) 大鼠麻醉后,迅速剪開胸腔取出肺葉,在解剖顯微鏡下分離肺葉內(nèi)PAs,沿PAs縱軸剪開暴露內(nèi)壁,用棉簽在PAs內(nèi)壁小心擦拭以去內(nèi)皮。分離好的PAs放在4℃含1.5 mmol·L-1CaCl2的HBSS液(mmol·L-1:NaCl 130.0,KCl 5.0,MgCl21.2,HEPES 10.0,Glucose 10.0,pH 7.2)中靜置30 min,隨后取出放入室溫下含20 μmol·L-1CaCl2的HBSS液中靜置20 min。再將PAs放入酶溶液(L-1:膠原酶Ⅰ1.75×106U,木瓜蛋白酶9.50×103U,牛血清白蛋白0.03 mmol,DTT 1.00 μmol;用含20 μmol·L-1CaCl2的HBSS液配制)中37℃水浴消化20 min,后用尼龍網(wǎng)濾去酶溶液,并用含20 μmol·L-1CaCl2的HBSS液清洗PAs,后再將其置于0.5 mL含20 μmol·L-1CaCl2的HBSS液中慢慢吹打,使細胞脫落并分散于溶液中。將細胞懸液滴于細胞培養(yǎng)皿中,加F12細胞培養(yǎng)液,于體積分數(shù)為0.21氧氣的培養(yǎng)箱(CON組和MCT組細胞)或體積分數(shù)為0.03氧氣的三氣培養(yǎng)箱(CH組細胞)中37℃培養(yǎng)18~24 h。

1.6Mn2+淬滅Fura-2熒光實驗 培養(yǎng)好的PASMCs用Fura-2 AM(5 μmol·L-1)在室溫下培養(yǎng)液中負載40 min,負載結(jié)束后,細胞用含2 mmol· L-1CaCl2的Tyrode液(mmol·L-1:NaCl 137.0,KCl 5.4,MgCl21.0,HEPES 10.0,Glucose 10.0,pH 7.4)沖洗以去除細胞外的Fura-2 AM,并靜置20 min,以使細胞內(nèi)染料完全脫酯化。將細胞放置于倒置顯微鏡上,選擇視野中形態(tài)好且密集的細胞團。啟動實時細胞動態(tài)熒光強度系統(tǒng),設(shè)置激發(fā)光波長為360 nm,發(fā)射光波長為510 nm,按實驗程序經(jīng)給藥灌流系統(tǒng)加入相應(yīng)的灌流液,記錄與分析Fura-2熒光變化。Fura-2熒光變化的計算公式為:ΔFluorescence%=(F-Fbs)(Fbs-Fbg)×100%,F(xiàn)為實時測量熒光值,F(xiàn)bs為含0.1 mmol·L-1EGTA的無鈣Tyrode液中得到的基礎(chǔ)熒光值,F(xiàn)bg為10 μmol·L-1A23187和10 mmol·L-1MnCl2誘發(fā)的背景熒光值。并用Clampfit 8.2軟件計算Mn2+最大淬滅率(maximum rate of quenching)。三七皂苷R1處理組為實驗前培養(yǎng)液中加入10 μmol·L-1三七皂苷R1預(yù)孵育細胞10 min,并在給藥灌流系統(tǒng)各灌流液中加入10 μmol·L-1三七皂苷R1。

1.7Fluo-3熒光檢測PASMCs的[Ca2+]i培養(yǎng)好的PASMCs用Fluo-3 AM(5 μmol·L-1)在室溫下培養(yǎng)液中負載40 min,負載結(jié)束后,細胞用含2 mmol·L-1CaCl2的Tyrode液沖洗以去除細胞外的Fluo-3 AM,并靜置20 min,以使細胞內(nèi)染料完全脫酯化。將細胞放置于倒置顯微鏡上,選擇視野中形態(tài)好且密集的細胞團。啟動實時細胞動態(tài)熒光強度系統(tǒng)(美國PTI公司),設(shè)置激發(fā)光波長為488 nm,發(fā)射光波長為510 nm,按實驗程序經(jīng)給藥灌流系統(tǒng)加入相應(yīng)的灌流液,記錄與分析Fluo-3熒光變化。[Ca2+]i的計算公式為:[Ca2+]i=KD×(F-Fbg)/(Fmax-F),其中Fluo-3的KD值為1.1 μmol·L-1,F(xiàn)為實時測量熒光值,F(xiàn)bg為10 mmol·L-1MnCl2誘發(fā)的背景熒光值,F(xiàn)max為10 μmol·L-1A23187和10 mmol·L-1CaCl2誘發(fā)的最大熒光值。三七皂苷R1處理組為實驗前培養(yǎng)液中加入10 μmol·L-1三七皂苷R1預(yù)孵育細胞10 min,并在給藥灌流系統(tǒng)各灌流液中加入10 μmol·L-1三七皂苷R1。

2 結(jié)果

2.1PH大鼠模型的鑒定

2.1.1RVSP和RVMI的變化 CH組和MCT組大鼠的RVSP和RVMI均明顯高于CON組(Fig 1),這表明CH和MCT均可致大鼠的右心室內(nèi)壓增高,肺動脈阻力增高;右心室肥大,右心室重構(gòu)。

Fig 1 Change of RVSP(A),RVMI(B),and PAs morphology(C and D)of control,CH-and MCT-treated rats

2.1.2肺動脈形態(tài)學的改變 與CON組相比(Fig 1):CH組和MCT組大鼠肺動脈的管腔面積與總面積的百分比均明顯減?。还鼙诤穸扰c動脈半徑的百分比則均明顯升高。以上結(jié)果表明,CH和MCT均可致大鼠的肺內(nèi)動脈平滑肌增生,血管重構(gòu)。

2.2三七皂苷R1對CPA誘導大鼠PASMCs胞膜Ca2+內(nèi)流的作用 用Mn2+淬滅技術(shù)觀察10 μmol ·L-1CPA的無鈣Tyrode液(含0.1 mmol·L-1EGTA和3 μmol·L-1Nif)作用PASMCs 15 min后的胞膜Ca2+(Mn2+代替Ca2+)內(nèi)流即SOCE的變化[10]。結(jié)果顯示(Fig 2):CH組和MCT組大鼠CPA誘導PASMCs胞膜Ca2+內(nèi)流速率均明顯高于正常組大鼠[500 s的ΔFluorescence值:CON組=(-41.7±9.5)%,n=10;CH組=(-53.4± 10.5)%,n=10,P<0.01;MCT組=(-70.3± 7.0)%,n=10,P<0.01。Mn2+最大淬滅率:CON組=(-1.34±0.40)%·s-1,n=10;CH組=(-2.61±0.88)%·s-1,n=10,P<0.01;MCT組=(-3.51±1.56)%·s-1,n=10,P<0.01],提示CH組和MCT組大鼠PASMCs的SOCE功能增強。10 μmol·L-1三七皂苷R1預(yù)處理均可明顯抑制CH組和MCT組大鼠CPA誘導PASMCs胞膜Ca2+內(nèi)流速率[500 s的ΔFluorescence值:CON組=(-31.1±7.5)%,n=10,P<0.05;CH組=(-38.2±8.2)%,n=10,P<0.01;MCT組=(-50.4 ±8.3)%,n=9,P<0.01;Mn2+最大淬滅率:CON組=(-0.86±0.36)%·s-1,n=10,P<0.01;CH組=(-1.75±0.42)%·s-1,n=10,P<0.01;MCT組=(-1.64±0.51)%·s-1,n=9,P<0.01]。這提示三七皂苷R1均可抑制CH組及MCT組大鼠PASMCs的SOCE功能。

Fig 2 Effect of notoginsenoside R1 on CPA-induced Ca2+entry by Mn2+quenching in PASMCs of control,CH-and MCT-treated rats

Fig 3 Effect of notoginsenoside R1 on CPA-induced Ca2+transients in PASMCs of control,CH-and MCT-treated rats

2.3三七皂苷R1對CPA誘導大鼠PASMCs [Ca2+]i變化的作用 10 μmol·L-1CPA的無鈣Tyrode液(含0.1 mmol·L-1EGTA和3 μmol·L-1Nif)作用PASMCs 15 min,隨后加入Ca2+(2 mmol· L-1)觀察Ca2+內(nèi)流引起[Ca2+]i的升高即SOCE的變化[10]。結(jié)果顯示(Fig 3):相比CON組,CH組和MCT組大鼠的靜息[Ca2+]i明顯增高[靜息[Ca2+]i:CON組=(119.9±43.5)nmol·L-1,n =8;CH組=(285.6±72.5)nmol·L-1,n=9,P <0.01;MCT組=(271.2±94.6)nmol·L-1,n=8,P<0.01)];CH組和MCT組大鼠的CPA誘導

Ca2+內(nèi)流量也明顯增高[Ca2+內(nèi)流:CON組=(213.2±49.1)nmol·L-1,n=8;CH組=(406.1 ±103.5)nmol·L-1,n=9,P<0.01;MCT組=(581.1±147.5)nmol·L-1,n=8,P<0.01];但CH組和MCT組大鼠的CPA誘導Ca2+釋放量無明顯變化。這也說明CH組和MCT組大鼠PASMCs 對CPA的高反應(yīng)性,從另一方面進一步提示MCT組大鼠PASMCs SOCE功能增強。10 μmol·L-1三七皂苷R1預(yù)處理可明顯降低CH組和MCT組大鼠PASMCs靜息[Ca2+]i靜息[Ca2+]i:CON組=(75.9±31.1)nmol·L-1,n=9,P<0.05;CH組=(151.6±34.0)nmol·L-1,n=9,P<0.01;MCT組=(149.9±45.2)nmol·L-1,n=8,P<0.01]和抑制CPA誘導Ca2+內(nèi)流量[Ca2+內(nèi)流:CON組=(139.6±34.9)nmol·L-1,n=9,P<0.01;CH組=(231.1±45.5)nmol·L-1,n=9,P<0.01;MCT組=(267.1±66.7)nmol·L-1,n=8,P<0.01];但對CPA誘導Ca2+釋放量也無變化。這從另一方面進一步證實三七皂苷R1可抑制CH組和MCT組大鼠PASMCs的SOCE功能。

3 討論

PH是指由不同發(fā)病機制引起的肺動脈壓力增高所表現(xiàn)的疾病狀態(tài),可導致右心室肥厚,最終引起右心衰竭而死亡。PH屬于進展性疾病,嚴重威脅人類健康,迄今尚缺乏有效的治療手段。2013年第五次全球PH會議將PH重新分為以下5類[1]:①肺動脈高壓(pulmonary arterial hypertension,PAH),如特發(fā)性PAH和藥物和毒素引起PAH等;②左心疾病相關(guān)的PH;③與肺部疾病或低氧有關(guān)的PH;④慢性血栓栓塞性PH;⑤其他各種原因所造成的PH。本研究采用CH或MCT誘發(fā)PH模型分別代表第三類和第一類的PH。研究發(fā)現(xiàn)兩種造模大鼠RVSP、RVMI和肺動脈管壁厚度與動脈半徑的的百分比均明顯升高,而肺動脈管腔面積與總面積百分比均明顯減小,說明CH或MCT均可致大鼠肺內(nèi)動脈平滑肌增生、血管重構(gòu)、肺動脈阻力增高,右心室內(nèi)壓增高導致右心室肥大和重構(gòu)。這些結(jié)果表明CH或MCT誘發(fā)的PH大鼠模型均成功建立。

雖然不同類型的PH的發(fā)病機制各不相同,但它們都具有血管基礎(chǔ)張力和血管反應(yīng)性增加、血管平滑肌增生和血管重構(gòu)等肺血管功能異常的共同特點,說明它們在疾病發(fā)展過程中可能存在著某些共同的信號通路。目前研究表明,[Ca2+]i水平的增加在PH形成和血管重構(gòu)等過程中起重要作用[3]。SOCE是肺動脈平滑肌中一個很重要鈣內(nèi)流通路,由Ca2+池耗竭而激活[11]。先前的研究發(fā)現(xiàn):特發(fā)性PAH患者PASMCs的SOCE增強[4];CH致PH大鼠中,SOCE增強,PASMCs靜息[Ca2+]i水平上升和肺動脈緊張度增加[5],并在CHPH發(fā)生發(fā)展過程中起關(guān)鍵作用[6];MCT誘發(fā)PH大鼠中,SOCE增強,且SOCE在ET-1高血管反應(yīng)性中起重要作用[7]。這說明[Ca2+]i增加和SOCE通路是不同PH發(fā)病機制中的共同通路。

三七總皂苷是人參屬中藥三七的主要有效活性成分。三七皂苷R1是三七總皂苷的主要活性成分之一,具有抗炎、抗氧化應(yīng)激、抗凋亡等藥理作用,可用于心血管系統(tǒng)疾病的治療[12-13]。我們研究發(fā)現(xiàn),人參屬的人參皂苷Rb1抑制SOCE,降低正常和肺高壓大鼠肺動脈對血管激動劑的收縮作用[14]。相同的是,有研究發(fā)現(xiàn)三七皂苷R1具有減輕低氧和高碳酸血癥誘導游離大鼠肺動脈環(huán)收縮的作用[7]。我們先前研究也發(fā)現(xiàn)三七皂苷R1可能通過抑制SOCE,降低肺高壓模型大鼠肺動脈對血管激動劑的收縮作用[8]。然而,三七皂苷R1對CH及MCT致PH模型大鼠PASMCs SOCE的作用,目前尚不清楚。

為明確三七皂苷R1對PASMCs SOCE的作用,本研究采用SOCE特異性激活劑CPA。CPA是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+泵抑制劑,通過抑制Ca2+泵,將Ca2+泵入內(nèi)質(zhì)網(wǎng),引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+釋放所致的瞬時胞內(nèi)Ca2+濃度升高,然后隨著內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+的耗竭,特異性激活SOCE。通過Mn2+淬滅Fura-2熒光實驗,在Nif預(yù)處理情況下,本研究發(fā)現(xiàn)三七皂苷R1可明顯抑制CH組和MCT組大鼠CPA誘導PASMCs胞膜Ca2+內(nèi)流速率,提示三七皂苷R1可抑制CH組及MCT組大鼠PASMCs的SOCE功能。通過另一種觀察SOCE的方法Fluo-3熒光檢測[Ca2+]i[10],在Nif預(yù)處理情況下,本研究發(fā)現(xiàn)三七皂苷R1可明顯降低CH及MCT致PH大鼠PASMCs靜息[Ca2+]i和抑制CPA誘導Ca2+內(nèi)流,從另一方面進一步證實三七皂苷R1可抑制CH組及MCT組大鼠PASMCs的SOCE功能,這可能是三七皂苷R1降低CH及MCT 致PH大鼠PASMCs靜息[Ca2+]i的主要因素。

總之,三七皂苷R1具有抑制CH和MCT致PH大鼠PASMCs SOCE和降低靜息[Ca2+]i的作用,而[Ca2+]i增加和SOCE通路是不同PH發(fā)病機制中的共同通路,因此三七皂苷R1對PH的臨床治療前景可觀。

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Inhibition of notoginsenoside R1 on SOCE in pulmonary arterial smooth muscle cells of pulmonary hypertension rats

WANG Rui-xing,DAI Mao,MU Yun-ping,JIANG Jiao,HUANG Qiu-hong,WU Zhi-juan,JIAO Hai-xia,LIN Mo-jun
(Dept of Physiology and Pathophysiology,Laboratory of Cardiovascular Science,F(xiàn)ujian Medical University,F(xiàn)uzhou 350108,China)

Abstract:Aim To evaluate the effects of notoginsen-oside R1 on store-operated calcium entry(SOCE)in pulmonary arterial smooth muscle cells(PASMCs)of chronic hypoxia(CH)-and monocrotaline(MCT)-in-duced pulmonary hypertension(PH)rats.Methods Mn2+quenching of Fura-2 and measurement of intra-cellular free calcium concentration([Ca2+]i)using fluo-3 were examined in PASMCs of CH-exposed and MCT-treated rats.Results ①CH-exposed and MCT-treated rats exhibited profound PH when examined 3 weeks after hypoxia exposure or MCT injection,respec-tively.②In the presence of 3 μmol·L-1nifedipine,10 μmol·L-1notoginsenoside R1 significantly re-duced cyclopiazonic acid(CPA)-induced the percent reduction in Fura-2 fluorescence measured 500 sec af-ter application of Mn2+,the maximal rate of Mn2+quenching,the amplitude of the Ca2+influx transient and the resting[Ca2+]iin PASMCs of CH-exposed and MCT-treated rats.Conclusion Notoginsenoside R1 inhibits SOCE and reduces resting[Ca2+]iin PASMCs of CH-and MCT-induced PH rats.

Key words:pulmonary hypertension;chronic hypoxia;monocrotaline;notoginsenoside R1;store-operated cal-cium entry;pulmonary arterial smooth muscle cell

作者簡介:王瑞幸(1976-),男,博士,講師,研究方向:肺高壓致病機制,E-mail:wrx530@163.com;戴 耄(1989-),男,碩士,研究方向:肺高壓致病機制,并列第一作者,E-mail:daimao890629@163.com;林默君(1964-),男,博士,教授,研究方向:肺高壓致病機制,通訊作者,Tel:0591-22862429,E-mail:mjlin@m(xù)ail.fjmu.edu.cn

基金項目:國家自然科學基金資助項目(No 31171104,31371165,81400236);福建省自然科學基金資助項目(No 2015J01313)

收稿日期:2015-06-18,修回日期:2015-07-06

文獻標志碼:A

文章編號:1001-1978(2015)10-1463-06

doi:10.3969/j.issn.1001-1978.2015.10.027

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