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天麻素對大鼠離體胸主動脈血管環(huán)的作用及機制研究

2016-03-06 03:08:49鐘節(jié)雄楊宏華
海南醫(yī)學 2016年13期
關鍵詞:素組離體天麻

鐘節(jié)雄,楊宏華

(武漢市商業(yè)職工醫(yī)院心血管內(nèi)科,湖北武漢430000)

天麻素對大鼠離體胸主動脈血管環(huán)的作用及機制研究

鐘節(jié)雄,楊宏華

(武漢市商業(yè)職工醫(yī)院心血管內(nèi)科,湖北武漢430000)

目的觀察天麻素對大鼠離體胸主動脈環(huán)的作用,并探討其作用機制。方法采用離體動脈環(huán)灌流方法,觀察累加濃度天麻素對大鼠離體胸主動脈環(huán)的直接作用;同法觀察不同濃度天麻素(5 μmol/L、50 μmol/L、100 μmol/L、150 μmol/L、200 μmol/L、250 μmol/L)對10-6mol/L去氧腎上腺素(PE)預收縮有內(nèi)皮和去內(nèi)皮血管環(huán)的作用;用無Ca2+K-H液和不同濃度天麻素孵育對PE收縮去內(nèi)皮血管環(huán)的作用;觀察200 μmol/L天麻素對60 mmol/L KCl預收縮血管環(huán)的作用。結(jié)果天麻素直接作用于血管環(huán)時,天麻素組與對照組血管緊張度比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05);天麻素(≥50 μmol/L)作用于PE預收縮血管環(huán)時,有內(nèi)皮天麻素組血管環(huán)舒張率分別高于有內(nèi)皮對照組[(41.9±8.9)%、(57.6±9.1)%、(65.0±10.2)%、(75.6±11.7)%、(81.9±12.0)%vs(10.5±1.6)%、(19.4±5.9)%、(22.6±7.2)%、(24.9±6.8)%、(25.1±7.3)%、P<0.05],去內(nèi)皮天麻素組血管環(huán)舒張率分別高于去內(nèi)皮對照組[(20.6±2.9)%、(36.5±8.2)%、(43.7±9.3)%、(55.7±9.6)%、(58.7±9.6)%vs(9.8±2.1)%、(15.8±4.7)%、(18.6±6.5)%、(20.3±5.0)%、(21.5±5.1)%,P<0.05],且均有濃度依賴性,多組間比較F值分別為5.67,5.99,6.11,6.47,7.05,P<0.05;天麻素作用于無鈣K-H液中PE收縮去內(nèi)皮血管環(huán)時,實驗組舒張率[(5.1±1.2)%]小于對照組[(12.8±3.7)%],差異有統(tǒng)計學意義(t=5.599,P<0.05)。天麻素處理作用于60 mmol/L KCl預收縮的血管環(huán)時,天麻素組[(96.7±8.6)%]與對照組[(98.6±7.9)%]張力變化差異無統(tǒng)計學意義(t=0.581,P>0.05)。結(jié)論天麻素對正常血管無舒張作用;天麻素能舒張PE預收縮的血管,其機制是通過抑制血管平滑肌ΙP3受體介導的內(nèi)鈣釋放;它不能抑制α1受體依賴性鈣通道和電壓依賴性鈣通道;天麻素舒張PE收縮的血管的作用有內(nèi)皮依賴性和濃度劑量依賴效應。

大鼠;天麻素;胸主動脈環(huán);作用;機制

天麻是一種名貴的中藥,在亞洲地區(qū)已經(jīng)被應用于治療各種疾病,歷史悠久,長達幾千年,目前未發(fā)現(xiàn)其對人體有明顯副作用[1]。天麻素(羥甲基苯-β-D吡喃葡萄糖苷)是從天麻中提取的最有效活性成分[2],它能增加腦血流量,改善大腦基底動脈等供血不足[3];能夠改善大腦及心臟缺血再灌注損傷[4]。天麻素注射液已廣泛應用于臨床,能有效治療頸動脈供血不足的眩暈[5]。目前已知天麻素是通過改善動脈的供血狀況而發(fā)揮臨床作用,但其具體機制尚不清楚。本實驗擬采用離體大鼠胸主動脈環(huán)灌流模型,實時測量血管環(huán)張力,觀察天麻素對離體大鼠胸主動脈環(huán)靜息張力的影響,探討天麻素對胸主動脈血管的作用及其可能的機制,為臨床應用提供更充足的理論和實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試劑和儀器天麻素(Gastrodin)購自中國食品藥品檢定研究院;鹽酸去氧腎上腺素(PE)購自上海禾豐制藥有限公司;氯乙酰膽堿(Ach)購自上?;瘜W試劑總廠;EGTA購自Amresco公司。其他試劑均為國產(chǎn)分析純,購自武漢華聯(lián)科生物有限公司。Kreb-Henseleit (K-H)液配置[4]:NaCl 118 mmol/L,KCl 4.7 mmol/L,NaHCO325 mmol/L,KH2PO41.2 mmol/L,MgCl21.2 mmol/L,CaCl22.5 mmol/L,Glucose 11.1 mmol/L,pH 7.4。無鈣K-H液中含0.05 mmol/L EGTA,不含CaCl2,其他成分同K-H液。離體組織灌流儀為Power-Lab/4P生物信號記錄分析系統(tǒng)(澳大利亞AD Ιnstruments)。

1.2 實驗動物湖北省實驗動物研究中心提供Wistar大鼠(260~300 g),許可證號:SCXK(鄂)2008-0005,共30只,雌雄各半。

1.3 血管環(huán)制備動物實驗經(jīng)本單位實驗動物倫理委員會批準。斷頸處死大鼠,游離出胸主動脈,置于95%O2和5%CO2混合氣飽和的4℃K-H液中剝離血管周圍結(jié)締組織,剪成2.0~3.0 mm長的血管環(huán),每只鼠取四段(不同組內(nèi)血管環(huán)來自不同大鼠),將血管環(huán)置于盛有10 mL持續(xù)通入混合氣體的37℃K-H液的浴槽中。血管環(huán)在基礎狀態(tài)下穩(wěn)定15 min后分次加到2 g靜息張力平衡1.5 h,期間每15 min換一次液。用60 mmol/L KCl或10-6mol/L PE刺激血管環(huán)使血管環(huán)收縮,達到最大收縮幅度后沖洗3次,使血管環(huán)恢復到刺激前的狀態(tài),重復2次,以誘發(fā)血管最大收縮幅度。檢驗內(nèi)皮完整性[5]:用10-6mol/L PE刺激血管環(huán),達到最大收縮幅度后加入10-5mol/LAch待穩(wěn)定后測定張力并計算血管舒張率,舒張率<10%表示完全去內(nèi)皮,為去內(nèi)皮組,舒張率>80%表示內(nèi)皮完整,為有內(nèi)皮組,否則棄用。檢測去內(nèi)皮效果后沖洗血管環(huán)恢復至刺激前狀態(tài),穩(wěn)定30 min,期間每15 min換一次液,再進行后續(xù)實驗操作。

1.4 天麻素直接作用于完整內(nèi)皮血管環(huán)取制備好的完整內(nèi)皮離體胸主動脈環(huán)12只,隨機平均分為天麻素組和對照組,每組6只,天麻素組中,在K-H液中累加入濃度為5 μmol/L、50 μmol/L、100 μmol/L、150 μmol/L、200 μmol/L、250 μmol/L的天麻素,直接作用于離體血管環(huán),對照組用等量K-H液代替每次累加的天麻素,實時觀察大鼠胸主動脈環(huán)的張力變化,用緊張度表示(緊張度=加藥后張力/加藥前張力×100%)。

1.5 天麻素作用于PE預收縮血管環(huán)取完整內(nèi)皮血管環(huán)32只,隨機分為實驗組和天麻素組兩組,每組16只,將兩組中的血管環(huán)分別又隨機選擇8血管環(huán)進行去內(nèi)皮處理,最后形成四組分組:由內(nèi)皮對照組、無內(nèi)皮對照組、有內(nèi)皮天麻素組和無內(nèi)皮天麻素組,每組8個血管環(huán)。用10-6mol/L濃度的PE預處理所有血管環(huán),待達到收縮峰值并穩(wěn)定后,實驗組累加濃度為5 μmol/L、50 μmol/L、100 μmol/L、150 μmol/L、200 μmol/L、250 μmol/L的天麻素,對照組用等量K-H液代替。觀察四組血管環(huán)每次加藥前后的張力變化,計算每個天麻素濃度點的舒張率[舒張率=(加藥前張力-加藥后張力)/PE收縮張力值×100%],并制作天麻素對血管環(huán)作用的量效曲線。

1.6 天麻素作用于無鈣K-H液中PE收縮去內(nèi)皮血管環(huán)取去內(nèi)皮血管環(huán)16只,隨機分為對照組和實驗組,每組各8只,兩組血管均用K-H液穩(wěn)定血管環(huán)1.5 h后用無鈣K-H液沖洗血管環(huán)兩次,每間隔15 min換一次液,待穩(wěn)定30 min后實驗組加200 μmol/L天麻素,對照組加入等量的K-H液,孵育30 min后再加入10-6mol/L PE,觀察血管環(huán)收縮幅度;隨后,實驗組再加入3 mmol/L CaCl2,觀察對血管環(huán)作用,對照組用等量K-H液代替。比較實驗組與對照組PE及CaCl2對血管環(huán)的收縮率,收縮率=(加藥后張力-加藥前張力)/加藥前張力×100%。

1.7 天麻素作用于KCl預收縮去內(nèi)皮血管環(huán)取去內(nèi)皮血管環(huán)12只,隨機分為實驗組和對照組,每組6只,在所有血管環(huán)的K-H液中加60 mmol/L KCl預收縮胸主動脈環(huán),當達到收縮峰值后,實驗組加200 μmol/L的天麻素,對照組用等量K-H液代替,觀察加藥前后血管環(huán)張力變化,用緊張度表示。

1.8 統(tǒng)計學方法應用SPSS17.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析,計量資料以均數(shù)±標準差(±s)表示,組間兩兩比較采用t檢驗,多組間比較采用單因素方差分析,以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 天麻素對完整內(nèi)皮血管環(huán)的直接作用用初始濃度5 μmol/L天麻素作用于完整內(nèi)皮血管環(huán)時,與對照組比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),當濃度分別增加至50 μmol/L、100 μmol/L、150 μmol/L、200 μmol/L和250 μmol/L時,天麻素血管緊張度與對照組比較差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05),見表1。

2.2 不同濃度天麻素對PE預收縮血管環(huán)的作用用PE預收縮血管后,添加天麻素濃度為初始濃度5 μmol/L時,各組間的舒張率差異無統(tǒng)計學意義;當天麻素濃度增加為50 μmol/L、100 μmol/L、150 μmol/L、200 μmol/L、250 μmol/L時,F(xiàn)檢驗結(jié)果顯示有內(nèi)皮天麻素組、去內(nèi)皮天麻素組、有內(nèi)皮對照組和去內(nèi)皮對照組等多組間比較差異有統(tǒng)計學意義,且有內(nèi)皮天麻素組血管環(huán)舒張率分別高于有內(nèi)皮對照組;去內(nèi)皮天麻素組血管環(huán)舒張率分別高于去內(nèi)皮對照組(P<0.05);去內(nèi)皮天麻素組血管環(huán)舒張率分別高于去內(nèi)皮天麻素組(P<0.05)。這提示天麻素對血管環(huán)作用有內(nèi)皮依賴性。隨天麻素濃度增加,血管舒張率增加,提示天麻素對PE預收縮的血管環(huán)作用與天麻素濃度呈現(xiàn)量效曲線關系,見表2。

表1 天麻素對完整內(nèi)皮血管環(huán)直接作用的緊張度比較(±s,%)

表1 天麻素對完整內(nèi)皮血管環(huán)直接作用的緊張度比較(±s,%)

組別天麻素累積濃度(μmol/L) 550100150200250天麻素組(n=6)對照組(n=6) t值P值98.6±7.3 96.9±8.8 0.364>0.05 95.2±5.6 96.7±6.8 0.319>0.05 94.9±5.8 93.6±7.2 0.269>0.05 92.5±6.4 95.8±6.8 0.278>0.05 95.3±8.6 92.8±6.9 0.356>0.05 94.7±7.3 96.0±6.2 0.318>0.05

表2 累加濃度天麻素對PE預收縮血管環(huán)的作用(±s,%)

表2 累加濃度天麻素對PE預收縮血管環(huán)的作用(±s,%)

注:與有內(nèi)皮對照組比較,aP<0.05;與去內(nèi)皮對照組比較,bP<0.05;與去內(nèi)皮天麻素組比較,cP<0.05。

組別天麻素累積濃度(μmol/L)有內(nèi)皮天麻素組(n=8)去內(nèi)皮天麻素組(n=8)有內(nèi)皮對照組(n=8)去內(nèi)皮對照組(n=8) F值P值250 81.9±12.0ac58.7±9.6b25.1±7.3 21.5±5.1 7.05 0.019 5 8.9±2.6 7.4±3.7 6.2±3.8 7.0±2.5 3.92 0.183 50 41.9±8.9ac20.6±2.9b10.5±1.6 9.8±2.1 5.67 0.036 100 57.6±9.1ac36.5±8.2b19.4±5.9 15.8±4.7 5.99 0.033 150 65.0±10.2ac43.7±9.3b22.6±7.2 18.6±6.5 6.11 0.028 200 75.6±11.7ac55.7±9.6b24.9±6.8 20.3±5.0 6.47 0.024

2.3 天麻素對無鈣K-H液中PE收縮去內(nèi)皮血管環(huán)的作用加PE處理天麻素孵育的血管環(huán)(PE實驗組,n=8)和無天麻素孵育的血管環(huán)(PE對照組,n=8),PE實驗組[(5.1±1.2)%]收縮率顯著小于PE對照組[(12.8±3.7)%],差異有統(tǒng)計學意義(t=5.599,P<0.05);但當用CaCl2處理時,PE實驗組收縮率為(55.1±6.2)%,與PE對照組的(52.8±9.7)%比較差異無統(tǒng)計學意義(t= 0.581,P>0.05)。

2.4 天麻素對KCl預收縮去內(nèi)皮血管環(huán)作用用60 mmol/L KCl預收縮胸主動脈環(huán),當達到收縮峰值后實驗組加200 μmol/L的天麻素,對照組用等量K-H液代替,實驗組[(96.7±8.6)%,n=6]與對照組[(98.6±7.9%),n=6]相比,張力變化比較差異無統(tǒng)計學意義(t=0.378,P>0.05),提示天麻素不能抑制KCl預收縮作用。

3 討論

自20世紀80年代起,血管環(huán)體外模型就被開始應用于心腦血管疾病的發(fā)病機制研究,這些模型包括胸主動脈環(huán)、腹主動脈環(huán)、頸動脈環(huán)和肺動脈環(huán)等,主要原理是通過檢測各種代謝物質(zhì)對血管環(huán)收縮活性如血管環(huán)的張力和各種調(diào)節(jié)因子,從而明確機制[6]。在臨床新藥的研究過程中,在體動物研究模型雖然能完全模擬生理狀態(tài),但其耗費資源和時間巨大[7]。分子生物學和細胞學實驗雖然操作相對簡單,可重復性容易,但其存在與生理狀態(tài)差距過大的不足。然而,離體組織如血管環(huán)模型的研究則可以有效連接細胞學實驗和整體動物實驗,發(fā)揮的作用越來越重要[8]。天麻素是中藥天麻中提取的有效活性成分[9],完全可以作為一種新藥以離體胸主動脈環(huán)實驗模型研究,為天麻素的進一步開發(fā)利用提供幫助。

本實驗主要采取大鼠胸主動脈環(huán)模型進行相關研究,胸主動脈血管平滑肌細胞上主要有2種鈣離子通道,即α1受體操縱性鈣離子通道(Receptor-operated calcium channel,ROCC)和電壓依賴性鈣離子通道(Voltage dependent calcium channel,VDC),共同促使胞漿內(nèi)游離鈣離子升高,促使血管平滑肌收縮[10-11]。本實驗首先用天麻素直接作用保留完整內(nèi)皮的血管環(huán),發(fā)現(xiàn)天麻素對正常的血管無舒張作用,提示天麻素在臨床應用的安全性好。進一步研究發(fā)現(xiàn),天麻素能顯著抑制PE預收縮的所有血管環(huán),而且有內(nèi)皮組血管環(huán)收縮幅度明顯高于去內(nèi)皮組,提示天麻素舒張血管作用可能具有內(nèi)皮依賴性。研究表明,PE能順序激活胸主動脈血管平滑肌細胞上第二信使DAG和蛋白激酶C,激活ROCC,使鈣通道開放,引起外鈣內(nèi)流[12-13];PE還能順序激活第二信使ΙP3,從而激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上1,4,5-三磷酸肌醇(ΙP3)受體,使肌漿網(wǎng)儲存鈣離子釋放到細胞質(zhì)中,即內(nèi)鈣釋放,這兩個途徑都能促使血管平滑肌收縮。因此,天麻素可能通過抑制PE收縮血管的兩個途徑舒張血管。為進一步確認其作用的具體途徑,本研究采用用無鈣K-H液穩(wěn)定血管環(huán)后,即細胞外液和細胞質(zhì)中游離鈣離子被中和,阻斷了ROCC,此時,天麻素仍能抑制血管環(huán)的收縮,提示天麻素可能是通過抑制ΙP3受體調(diào)控的胞內(nèi)儲存鈣釋放使血管舒張,而且隨著天麻素濃度增加,這種抑制效應增加;實驗中再以3 mmol/L CaCl2恢復細胞內(nèi)外游離的鈣離子,天麻素組和對照組血管環(huán)收縮率無明顯差異,進一步證實了天麻素不能抑制α1受體依賴性鈣通道。此外,本研究對胸主動脈環(huán)平滑肌細胞上的VDC也做了相應探討,研究表明,VDC可被高鉀去極化所激活,氯化鉀激活的血管收縮[14-15]。本實驗用60 mmol/L KCl預收縮血管環(huán),激活了電壓依賴性鈣通道,使大量鈣離子內(nèi)流,而天麻素并不能抑制高鉀引起的血管平滑肌收縮作用,提示天麻素不能抑制VDC。

綜上所述,天麻素對正常血管無舒張刺激作用;天麻素能舒張PE預收縮的血管,其機制是通過抑制血管平滑肌ΙP3受體介導的內(nèi)鈣釋放,而非抑制α1受體依賴性鈣通道或電壓依賴性鈣通道。此外,天麻素舒張PE收縮的血管的作用具有內(nèi)皮依賴性和濃度劑量依賴效應,以往研究表明,高鉀激活的血管內(nèi)皮收縮的內(nèi)皮依賴性與內(nèi)皮中NO含量相關[16],而天麻素舒張血管的內(nèi)皮依賴作用有待進一步探討。

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Effect and mechanism of gastrodin on isolated thoracic aorta rings in rats.

ZHONG Jie-xiong,YANG Hong-hua. Department of Cardiovascular Medicine,Wuhan Commercial Staff Hospital,Wuhan 430021,Hubei,CHINA

ObjectiveTo observe the effect and mechanism of gastrodin on isolated thoracic aorta rings in rats. MethodsA perfusion model of isolated thoracic aorta ring in rats was applied to observe the direct effect of cumulative gastrodin on isolated thoracic aorta rings in rats.The same method was also used to explore the effects of the different concentration gastrodin(5 μmol/L,50 μmol/L,100 μmol/L,150 μmol/L,200 μmol/L,250 μmol/L)on endothelium-intact/denuded aorta rings pre-contracted with 10-6mol/L phenylephrine(PE).PE was used to contract the aorta rings incubated by 200 mmol/L gastrodin in the Ca2+free K-H solution,and the effect of 200 mmol/L gastrodin on aorta rings pre-contracted with 60 mmol/L KCl was observed.ResultsWith the direct effect of gastrodin on the endothelium-intact vascular ring,there was no significant difference between the gastrodin group and the control group(P>0.05)on the vascular tension.With the effect of cumulative concentration of gastrodin(≥50 μmol/L)on PE pre-contracted vascular ring were studied,the vascular ring relaxation rate in endothelium-intact gastrodin group and endothelium-denuded gastrodin group were significantly higher than control group[(41.9±8.9)%,(57.6±9.1)%,(65.0±10.2)%,(75.6±11.7)%, (81.9±12.0)%vs(10.5±1.6)%,(19.4±5.9)%,(22.6±7.2)%,(24.9±6.8)%,(25.1±7.3)%,P<0.05];Moreover,the rate of relaxation of vascular rings in the endothelium-intact gastrodin group were higher than in the endothelium-denuded gastrodin group[(20.6±2.9)%,(36.5±8.2)%,(43.7±9.3)%,(55.7±9.6)%,(58.7±9.6)%)vs(9.8±2.1)%,(15.8±4.7)%,(18.6±6.5)%,(20.3±5.0)%,(21.5±5.1)%,P<0.05].F values of multi-group were respectively 5.67,5.99,6.11,6.47, 7.05(P<0.05).When the experiment was performed on the effect gastrodin on PE pre-contracted vascular ring in the calcium free fluid K-H solution,the relaxation rate in gastrodin group[(5.1±1.2)%]was lower in the control group [(12.8±3.7)%](P<0.05);When the effect of gastrodin on 60 mmol/L KCl pre-contracted thoracic aortic rings,there was no significant difference between the gastrodin group[(96.7±8.6)%]and the control group[(98.6±7.9)%]in the vascular tension(P>0.05).ConclusionGastrodin has no effect on intact aorta ring.The relaxation mechanism of Gastrodin on aorta rings pre-contracted with PE is through the inhibition of release of Ca2+from the endoplasmic reticulum. Gastrodin can not inhibit the receptor-operated Ca2+channel and the voltage-dependent Ca2+channel.Therefore,the relaxation effect of gastrodin is endothelium-dependent and concentration-dependent.

Rat;Gastrodin;Thoracic aorta ring;Effect;Mechanism

R-332

A

1003—6350(2016)13—2073—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2016.13.003

2015-11-12)

鐘節(jié)雄。E-mail:onetoonekey@163.com

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