李琪琳,胡元會(huì),吳華芹,王 歡,孫 偉,王輝奇
(1.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院望京醫(yī)院 北京 100102;2.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院廣安門(mén)醫(yī)院 北京 100053)
心力衰竭是一組常見(jiàn)的臨床綜合征,是大多數(shù)心血管疾病發(fā)展的最終歸宿。隨著現(xiàn)代人口老齡化進(jìn)程的加快和高血壓、冠心病等發(fā)病人數(shù)增多,心力衰竭發(fā)病率和病死率逐年上升,已成為人類(lèi)健康的重大挑戰(zhàn)之一[1]。心復(fù)康口服液是我們臨床治療心力衰竭的經(jīng)驗(yàn)方,該方由黃芪、人參、丹參、靈芝、紅花、淫羊藿、附子等中藥組成,具有益氣溫陽(yáng)、活血化瘀之功效。多年的臨床和實(shí)驗(yàn)研究表明,心復(fù)康口服液可保護(hù)心肌缺血性損害,改善臨床癥狀和心功能,提高患者的生活質(zhì)量[2,3]。線(xiàn)粒體蛋白質(zhì)組學(xué)是研究線(xiàn)粒體在生理、病理過(guò)程中的功能變化及其與疾病發(fā)生發(fā)展關(guān)系和機(jī)制的重要方法,目前已越來(lái)越受到醫(yī)學(xué)界的重視和廣泛關(guān)注。本實(shí)驗(yàn)采用雙向凝膠電泳和基質(zhì)輔助激光解吸離子質(zhì)譜技術(shù),以心肌線(xiàn)粒體為切入點(diǎn),研究心復(fù)康口服液對(duì)心力衰竭大鼠心肌線(xiàn)粒體蛋白質(zhì)組學(xué)的影響,探討其可能的作用機(jī)制,從而為心力衰竭的早期診斷、尋找新的治療靶點(diǎn)提供思路。
正常雄性SD大鼠30只(體質(zhì)量200±20 g),購(gòu)自北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司(許可證號(hào):SCXK(京)2012-0001),分籠飼養(yǎng)于中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院廣安門(mén)醫(yī)院SPF級(jí)動(dòng)物房。
表1 等點(diǎn)聚焦程序設(shè)置
彩色多普勒超聲顯像儀(型號(hào):HP5500,美國(guó)PHILIPS公司);動(dòng)物呼吸機(jī)(型號(hào):HX-300S,成都泰盟科技有限公司);多功能電泳系統(tǒng)(型號(hào):MultiphorⅡ,美國(guó)Amersham公司);垂直電泳槽(型號(hào):ProteanⅡXi cell,美國(guó)Bio-Rad公司);膠圖掃描儀(型號(hào):Power Look 2100XL,美國(guó)UMAX公司);質(zhì)譜儀(型號(hào):4700 MALDITOF/TOF,美國(guó)AB SCIEX公司);凝膠分析軟件(型號(hào):Imagemaster2D,美國(guó)Amersham Biosciense公司);凝膠成像分析系統(tǒng)(型號(hào):Gel Doc XR+,美國(guó)Bio-Rad公司)。
固相PH梯度干膠條(pH=3-10,L=18 cm)、IPG緩沖液(pH=3-10,美國(guó)Bio-Rad公司);CHAPS、溴酚藍(lán)、乙二胺四乙酸均購(gòu)自美國(guó)Sigma公司;十二烷基硫酸鈉、三羥甲基氨基甲烷、瓊脂糖均購(gòu)自美國(guó)Promega公司;考馬斯亮藍(lán)、標(biāo)準(zhǔn)蛋白標(biāo)志物均購(gòu)自美國(guó)Amersham pharmacia公司;乙腈、胰蛋白酶、甘氨酸均購(gòu)自美國(guó)Fisher公司;轉(zhuǎn)印膜(美國(guó)Millipore公司);無(wú)水醋酸鈉、無(wú)水碳酸鈉、戊二醛、乙醇、冰醋酸等均為國(guó)產(chǎn)分析純。
心復(fù)康口服液(主要成分為黃芪、人參、丹參、靈芝、紅花、淫羊藿、附子等,批號(hào):20120312)。
一抗:Anti-GRP75 antibody、Anti-ATP5A antibody、Anti-Nucleophosmin antibody均購(gòu)自美國(guó)Abcam公司;二抗:羊抗小鼠、羊抗兔購(gòu)自北京中杉金橋公司。
參照Pfeffer[2]報(bào)導(dǎo)的方法,結(jié)扎冠狀動(dòng)脈左前降支,制備心肌死后心衰大鼠模型,術(shù)后連續(xù)3天注射20萬(wàn)單位青霉素以抗感染。假手術(shù)組制備:僅在冠狀動(dòng)脈前降支起始點(diǎn)下約2-3 mm穿線(xiàn)而末結(jié)扎前降支,余步驟與動(dòng)物模型制備方法相同。
分組:動(dòng)物購(gòu)回后喂養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)合成飼料,適應(yīng)性喂養(yǎng)5天,禁食12 h后,以體重均衡,隨機(jī)分為假手術(shù)組與造模組,假手術(shù)組8只,造模組22只。造模組大鼠按動(dòng)物模型復(fù)制方法所述方法造模,術(shù)后第2周對(duì)模型大鼠行超聲心動(dòng)檢測(cè),以EF減損>15%為入選模型組標(biāo)準(zhǔn)。將入選模型大鼠隨機(jī)分為模型組、心復(fù)康口服液組,每組大鼠不少于6只。給藥;①假手術(shù)組:生理鹽水4.0 mL·kg-1灌胃;②模型組:生理鹽水4.0 mL·kg-1灌胃;③Xinfukang口服液組:5.4 g·kg-1溶于生理鹽水灌胃。大鼠于分組后開(kāi)始灌胃給藥,連續(xù)給藥8周,每天1次。
采用差數(shù)離心法提取心肌線(xiàn)粒體。造模后第8周末,將大鼠麻醉后,開(kāi)胸迅速取出心臟。PBS緩沖液反復(fù)洗凈心臟,稱(chēng)取100 mg心肌,加入1.5 mL勻漿介質(zhì),冰浴勻漿。4℃1 300 r·min-1離心15 min,保留上清,重復(fù)該步驟2次;取上清液于另一干凈離心管中,4℃17 000 r·min-1離心15 min,棄上清,沉淀用0.2 mL勻漿介質(zhì)懸浮,重復(fù)該步驟2次,棄上清,所得沉淀即為線(xiàn)粒體。
于上述心肌線(xiàn)粒體樣品中加入1 mL裂解液,渦旋振蕩破碎,冰浴中靜置4 min以上,使蛋白樣品盡量溶解;4℃ 40 000 r·min-1離心1 h,棄沉淀,上清液即為提取的線(xiàn)粒體蛋白。采用Bradford法測(cè)蛋白含量,-80℃保存。
取蛋白樣品0.8 mg,加泡脹緩沖液稀釋至350 μL,充分混勻;在泡脹盤(pán)泡脹槽一側(cè)加入上述樣品混合液,將膠條放入泡脹盤(pán),水化12 h。水化完畢后,將膠條取出,于等點(diǎn)聚焦儀內(nèi)聚焦電泳,溫度設(shè)置為20℃(表1)。聚焦結(jié)束,將膠條取出,在平衡液I中平衡15 min,然后換平衡液II中平衡15 min。將平衡后的膠條放到SDS-PAGE凝膠上端,用0.5%的瓊脂糖封嚴(yán),并將膠板固定于電泳槽內(nèi)。加入電泳緩沖液,接通電源,直至溴酚藍(lán)前沿距離凝膠底0.5 cm時(shí)停止電泳。每次同時(shí)運(yùn)行3個(gè)蛋白樣品,每個(gè)蛋白樣品重復(fù)雙向電泳3次,以確保結(jié)果的可重復(fù)性。電泳結(jié)束后,行考馬斯亮藍(lán)染色。
圖1 雙向凝膠電泳圖
染色后的凝膠通過(guò)UMAX PowerLook 2100XL掃描儀透射掃描獲取圖像。掃描完后,采用Imagemaster2D Platinum 5.0軟件對(duì)膠圖依次進(jìn)行蛋白點(diǎn)的檢測(cè)、背景扣除、匹配、標(biāo)準(zhǔn)化及人工校對(duì)處理,尋找差異表達(dá)的蛋白質(zhì)點(diǎn)。
沿斑點(diǎn)染色邊緣將差異蛋白點(diǎn)切下,用NH4HCO3溶液脫色30 min,重復(fù)2-3次。脫色后的膠塊離心干燥20 min。干燥后加入6 mL胰蛋白酶液,4℃放置30 min,再加入20 mL胰酶覆蓋液,置于37℃水浴箱酶解20 h。在膠塊內(nèi)加入15 μL 5%TFA,37℃溫育30 min,吸取上清,然后加入15 μL 5%TFA/50%ACN,37℃溫育30 min,吸取上清與上一次吸取液合并,再加入15 μL 100%ACN,室溫靜置5 min,吸取上清與上兩次吸取液合并,離心干燥。用3 μL含0.5%TFA溶液溶解干燥好的肽段,即可用于質(zhì)譜分析。
采用AB 4700型MALDI-TOF/TOF質(zhì)譜儀進(jìn)行質(zhì)譜檢測(cè)。設(shè)定胰蛋白酶自切峰(MH+:2163.05Da)作為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行校正,用l mL標(biāo)準(zhǔn)品與基質(zhì)混合肽作為外標(biāo)進(jìn)行校正,獲得相應(yīng)的肽質(zhì)量指紋圖(PMF)。根據(jù)質(zhì)荷比(M/Z)通過(guò)Mascot軟件在線(xiàn)檢索SwissProt蛋白數(shù)據(jù)庫(kù)(http://www.matrixscience.com)以確定鑒定結(jié)果。
采用差數(shù)離心法提取大鼠心肌線(xiàn)粒體蛋白。取蛋白樣品50 μg,加入等體積樣品緩沖液,混勻,100℃變性5 min;12%SDS-PAGE電泳,結(jié)束后半干轉(zhuǎn)至PVDF膜。搖床上封閉2 h;雜交一抗,4℃過(guò)夜,洗膜,雜交二抗,室溫?fù)u床上2 h,洗膜。用ECL發(fā)光劑浸膜5 min,取出后置曝光匣中曝光。掃描曝光片后,應(yīng)用Gel Doc凝膠成像系統(tǒng)分析底片的目的條帶。
實(shí)驗(yàn)獲得的各計(jì)量數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(xˉ±s)表示。模型組與假手術(shù)組、給藥組與模型組灰度值相比大于2或小于0.5的蛋白點(diǎn)定義為差異蛋白點(diǎn),其中大于2為表達(dá)上調(diào),小于0.5為表達(dá)下調(diào)。PMF圖譜分析以Mascot Score得分>55為鑒定成功蛋白。
各組雙向凝膠電泳圖譜如圖1所示。圖像經(jīng)Imagemaster軟件分析,假手術(shù)組可分辨蛋白點(diǎn)為698±35,模型組為712±42,心復(fù)康口服液組為677±52,雙向電泳各組重復(fù)3次,每組分別將其中的一塊分辨率高、質(zhì)量好的凝膠定為參考膠,進(jìn)行組內(nèi)3塊膠間的蛋白質(zhì)點(diǎn)匹配,發(fā)現(xiàn)樣品重復(fù)性好,制備穩(wěn)定,可用于差異蛋白質(zhì)點(diǎn)的分析。
圖2 459號(hào)點(diǎn)PMF圖
表2 13個(gè)鑒定成功蛋白
模型組與假手術(shù)組相比有差異而心復(fù)康口服液可使差異趨勢(shì)逆轉(zhuǎn)的蛋白點(diǎn)為20個(gè),對(duì)這20個(gè)蛋白點(diǎn)進(jìn)行了MALDI-TOF-MS分析,獲得20張PMF圖譜(圖2為459號(hào)點(diǎn)PMF圖),PMF圖譜數(shù)據(jù)經(jīng)SwissProt數(shù)據(jù)庫(kù)檢索,成功鑒定出13個(gè)蛋白(表2)。其中心復(fù)康口服液上調(diào)的蛋白為鳥(niǎo)氨酸轉(zhuǎn)氨酶(Ornithine aminotransferase)、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶P(Glutathione S-transferase P)、谷氨酸脫氫酶(Glutamate dehydrogenase)、3-磷酸甘油脫氫酶(Glycerol-3-phosphate dehydrogenase)、ATP合成酶α亞基(ATP synthase subunit alpha)、磷酸丙糖異構(gòu)酶(Triosephosphate isomerase)、α-烯醇酶(Alpha-enolase)、丙酮酸激酶同工酶M1/M2(Pyruvate kinase isozymes M1/M2),下調(diào)的蛋白為線(xiàn)粒體應(yīng)激蛋白70(Stress-70 protein)、微管蛋白β-5(Tubulin beta-5)、葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(78 kDa glucose-regulated protein)、核仁磷酸蛋白(Nucleophosmin)、核內(nèi)不均一核糖核蛋白 A2/B1(Heterogeneous nuclear ribonucleoproteins A2/B1)。根據(jù)功能分類(lèi)和生物學(xué)分析,這13個(gè)蛋白主要與能量代謝、應(yīng)激反應(yīng)、氧化損傷、細(xì)胞骨架、細(xì)胞分化增殖等功能相關(guān)。
與假手術(shù)組相比,模型組Stress-70、Nucleophosmin表達(dá)明顯升高,ATP-α表達(dá)明顯降低;與模型組相比,心復(fù)康口服液組Stress-70、Nucleophosmin表達(dá)明顯降低,ATP-α表達(dá)明顯升高(圖3)。
心力衰竭是各種心臟病的終末階段,其高患病率和高死亡率已儼然成為人類(lèi)共同面對(duì)的一個(gè)公共健康問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn),無(wú)論心衰的基礎(chǔ)原因是血流動(dòng)力學(xué)異常、神經(jīng)體液激素過(guò)度激活、功能性心肌喪失還是瓣膜異常等,均伴有線(xiàn)粒體結(jié)構(gòu)和功能的改變[5-7]。因此,深入線(xiàn)粒體蛋白質(zhì)組學(xué)研究對(duì)闡明心衰病理生理機(jī)制、發(fā)現(xiàn)新的治療靶點(diǎn)具有舉足輕重的意義。
中醫(yī)認(rèn)為心力衰竭的基本病機(jī)為氣虛陽(yáng)虧、血瘀水停,以益氣溫陽(yáng)、活血利水為其主要治法。心復(fù)康口服液是我們臨床治療氣虛血瘀型心衰經(jīng)驗(yàn)方,該方由黃芪、人參、淫羊藿、靈芝、丹參、當(dāng)歸、川芎等中藥組成,組方以益氣溫陽(yáng)、活血化瘀為主,兼有利水消腫之功。既往實(shí)驗(yàn)研究中,通過(guò)建立不同動(dòng)物模型,證實(shí)了心復(fù)康口服液對(duì)各種心肌損傷及心力衰竭模型具有鈣拮抗、保護(hù)缺血心肌等藥理作用,為其臨床治療心力衰竭提供了切實(shí)依據(jù)[8]。
本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,模型組與假手術(shù)組相比有差異而心復(fù)康口服液可使差異趨勢(shì)逆轉(zhuǎn)的蛋白點(diǎn)共有20個(gè),經(jīng)質(zhì)譜分析成功鑒定出13個(gè)蛋白,其中7個(gè)與能量代謝相關(guān),2個(gè)與應(yīng)激反應(yīng)相關(guān),1個(gè)與氧化損傷相關(guān),1個(gè)與細(xì)胞骨架相關(guān),2個(gè)與細(xì)胞分裂增殖相關(guān)。具體分述如下:
心力衰竭時(shí),心肌缺血缺氧,心肌能量代謝模式發(fā)生改變,表現(xiàn)為脂肪酸有氧氧化降低,氧化磷酸化減弱,葡萄糖無(wú)氧酵解增強(qiáng),ATP生成總量明顯下降[9,10]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,與假手術(shù)組比較,模型組參與氧化磷酸化的關(guān)鍵酶ATP-α亞基表達(dá)下調(diào),經(jīng)過(guò)心復(fù)康口服液治療后ATP-α亞基表達(dá)上調(diào),說(shuō)明心復(fù)康口服液可使受損心肌氧化磷酸化得到保護(hù),在一定程度上糾正心肌能量代謝障礙。既往研究也證實(shí),心復(fù)康口服液可上調(diào)心肌梗死后心衰大鼠心肌細(xì)胞GLUT1mRNA表達(dá),增加心肌組織中ATP含量[11,12],這與本研究結(jié)果有類(lèi)似之處。同時(shí),我們也發(fā)現(xiàn)參與糖酵解的關(guān)鍵酶丙酮酸激酶同工酶M1/M2、3-磷酸甘油脫氫酶、磷酸丙糖異構(gòu)酶、α-烯醇酶在中藥組表達(dá)上調(diào),考慮其原因可能是心復(fù)康口服液一定程度上增強(qiáng)了心肌細(xì)胞糖酵解作用,以代償性彌補(bǔ)ATP生成不足。
此外,本實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)中藥組鳥(niǎo)氨酸轉(zhuǎn)氨酶和谷氨酸脫氫酶表達(dá)上調(diào),說(shuō)明心復(fù)康口服液可調(diào)節(jié)模型動(dòng)物氨基酸代謝失衡,并最終改善心肌能量代謝。
圖3 Western blot驗(yàn)證結(jié)果
結(jié)扎冠狀動(dòng)脈致心梗后心衰,可誘導(dǎo)心肌細(xì)胞發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS),介導(dǎo)細(xì)胞凋亡,加速心衰的發(fā)生發(fā)展[13,14]。應(yīng)激蛋白70家族又名熱休克蛋白70家族(HSP70),在防止應(yīng)激引起的細(xì)胞損害或修復(fù)受損細(xì)胞方面發(fā)揮著重要作用。有研究示,HSP70血漿濃度越高,心力衰竭越嚴(yán)重[15]。葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(GRP78)屬HSP70家族,目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者一致認(rèn)為GRP78表達(dá)上調(diào)是ERS反應(yīng)的開(kāi)始[16,17]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),模型組應(yīng)激蛋白70、GRP78較假手術(shù)組表達(dá)上調(diào),中藥干預(yù)后兩者表達(dá)下調(diào),提示心復(fù)康口服液可減輕模型動(dòng)物出現(xiàn)的應(yīng)激反應(yīng),使受損心肌得到保護(hù),但其作用機(jī)理有待明確。
研究發(fā)現(xiàn),心力衰竭動(dòng)物模型中氧自由基明顯增加,抗氧化系統(tǒng)受損,過(guò)多的活性氧產(chǎn)生導(dǎo)致鈣超載。當(dāng)氧自由基生成過(guò)多或抗氧自由基物質(zhì)活性降低,引起氧自由基堆積,導(dǎo)致氧化損傷[18]。谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶(GST)是谷胱甘肽結(jié)合反應(yīng)的關(guān)鍵酶,具有清除自由基、抗氧化的作用。GSTP是GST家族中的成員之一,本實(shí)驗(yàn)中,模型組GSTP表達(dá)下調(diào),經(jīng)中藥治療后表達(dá)上調(diào),表明心復(fù)康口服液可減輕模型動(dòng)物氧化損傷,提高心肌抗氧化能力,推測(cè)其機(jī)理可能與心復(fù)康口服液通過(guò)增加GSTP的表達(dá),間接性的起到清除自由基作用有關(guān)。
微管蛋白是細(xì)胞骨架的重要組成成分。研究發(fā)現(xiàn),微管蛋白在缺血缺氧后10 min即可出現(xiàn)明顯改變,2 h內(nèi)幾乎已經(jīng)完全破壞,表現(xiàn)為絲狀結(jié)構(gòu)的破壞及熒光強(qiáng)度的減弱[19,20]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)心復(fù)康口服液治療后,模型組上調(diào)的微管蛋白β-5出現(xiàn)下調(diào),提示心復(fù)康口服液在一定程度上可保護(hù)細(xì)胞骨架免于受損裂解。此前,有學(xué)者應(yīng)用電鏡硝酸鑭電子示蹤技術(shù)證實(shí)了心復(fù)康口服液能夠保護(hù)心肌細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu),減輕心肌膜通透性改變[21],這與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。
核內(nèi)不均一核糖核蛋白A2/B1(hnRNPA2/B1)是一種重要的RNA連接蛋白,與細(xì)胞有絲分裂、成熟、分化及凋亡的調(diào)節(jié)相關(guān)。核仁磷酸蛋白(NPM)是一種多功能核仁磷酸化蛋白,參與核糖體前體運(yùn)輸和合成、中心體的復(fù)制、有絲分裂、DNA修補(bǔ)以及應(yīng)激反應(yīng)等生命活動(dòng),進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞的增殖發(fā)育等。研究發(fā)現(xiàn),以上兩種蛋白與腫瘤等增殖性疾病的發(fā)病密切相關(guān)[22,23],但與心血管疾病關(guān)系鮮有報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,模型組hnRNPA2/B1和NPM表達(dá)均上調(diào),中藥組兩者均下調(diào),推測(cè)心復(fù)康口服液可能參與了調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞分化增殖、減緩細(xì)胞凋亡、修復(fù)損傷心肌,但其具體作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。
本實(shí)驗(yàn)采用Western blot技術(shù),從蛋白水平驗(yàn)證線(xiàn)粒體Stress-70、ATP-α、Nucleophosmin在各組的表達(dá)水平,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,模型組Stress-70、NPM表達(dá)上調(diào),ATP-α表達(dá)下調(diào),心復(fù)康口服液組Stress-70、NPM表達(dá)下調(diào),ATP-α表達(dá)上調(diào)。此結(jié)果與蛋白質(zhì)組學(xué)變化趨勢(shì)一致,提示采用雙向凝膠電泳和基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù),以心肌線(xiàn)粒體為切入點(diǎn),研究心復(fù)康口服液對(duì)心衰大鼠心肌線(xiàn)粒體蛋白質(zhì)組學(xué)的影響,結(jié)果真實(shí)可靠。
世界科學(xué)技術(shù)-中醫(yī)藥現(xiàn)代化2018年9期