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研究背景和目的:肺动脉高压(pulmonary arterial hypertension,PAH)是一种以肺血管长期收缩和阻塞而导致血管阻力进行性升高为特征,持续发展可导致右心衰竭和死亡的疾病。肺动脉高压的病理改变包括内皮细胞的损伤和凋亡,中膜肥厚,炎症细胞的浸润和小肺动脉的血栓形成。内皮功能紊乱以血管收缩因子和舒张因子的失衡为特征,主要包括内皮源性一氧化氮合酶(endothelial NO synthase,eNOS)和前列环素分泌的减少,内皮素-1(endothelin-1,ET-1)和血栓素分泌的增加。巨噬细胞和淋巴细胞分泌的IL-6和TGF-β1等细胞因子也参与了肺血管的重构。肺小动脉的血栓形成可使肺血管腔更加狭窄,从而加重PAH。因此,针对以上异常的治疗可能对PAH有效。花生四烯酸细胞色素p450表氧化酶2J2(Cytochrome P450 epoxygenase 2J2,CYP2J2)广泛表达于人心脏、肺脏、血管、肝脏、肾脏和胃肠道。它能将花生四烯酸代谢为四种具有生物活性的表氧化二十碳三烯酸(epoxyeicosatrienoic acids,EETs),即5,6-EET,8,9-EET,11,12-EET,14,15-EET。EETs被认为是一种维持正常内皮细胞和血管功能的新的内皮细胞源性超极化因子(EDHF),具有舒张血管平滑肌、抑制平滑肌细胞移行、降低肺血管阻力、增加eNOS的表达和活性、保护内皮细胞、抗炎的作用。因此,本课题的目的是:研究过表达CYP2J2基因来增加内源性的EETs水平,是否能够降低野百合碱诱导的大鼠肺动脉高压,以及探讨CYP2J2基因转染对肺动脉高压发病可能的信号通路的影响。
方法:(1)250-280g雄性SD大鼠36只随机分为两组:正常对照组(control,n=8)皮下注射生理盐水60 mg/kg,模型组(n=28)皮下注射野百合碱60 mg/kg。野百合碱注射3周后,模型组动物再随机分为三组:野百合碱组(MCT,n=10),从尾静脉注入生理盐水0.5ml,pCB6组(MCT+pCB6,n=10)和CYP2J2组(MCT+2J2,n=8)分别从尾静脉注入空载体pCB6和目的基因pCB6-2J2(3 mg/kg)。(2)基因转染后3周,经颈静脉插管入右心室检测大鼠右室收缩压(RVSP),经颈动脉插管检测大鼠心率(HR)和平均动脉压(mSAP),处死动物后分离出左、右心室,分别称重,计算右室与左室加室间隔的重量比[RV/(LV+S)]。(3)Western blot检测CYP2J2在大鼠心脏、肝脏、肺脏和主动脉中的表达,ELISA检测各组大鼠尿液中14,15-DHET水平。(4)左肺组织切片行van Geison染色,测量并计算血管外径在25-50μm以及51-100μm的肺内小动脉中膜/外径比值。(5)ELISA检测血清和肺组织中IL-6的水平。(6)Western blot检测肺组织中eNOs、TGF-β1、BMPRII、phospho-Smad1/Smad1和phospho-Smad2/Smad2的表达水平。
结果:(1)经尾静脉注射途径导入大鼠体内的CYP2J2基因,经Western Blot证实,能够在大鼠体内各组织中明显高表达。与其他三组相比,MCT+2J2组大鼠尿液中14,15-DHET水平显著升高。(2)MCT注射后6周后,与正常对照组相比,MCT组大鼠右室收缩压明显升高(82.4±8.4vs30.5±2.8 mm Hg,P<0.01)。与MCT+pCB6组相比,MCT+2J2组RVSP显著降低(56.5±2.3vs80.8±7.8 mmHg,P<0.01)。此外,与MCT+pCB6组相比,MCT+2J2组RV/(LV+S)显著降低(0.39±0.02vs0.53±0.04,P<0.01)。然而,四组中平均动脉压和心率无显著差异。(3)肺组织切片van Geison染色结果表明:与正常对照组相比,MCT组和MCT+pCB6组大鼠肺血管中膜显著肥厚。然而,CYP2J2基因转染后肺血管中膜肥厚程度显著减轻。(4)与正常对照组相比,MCT组大鼠肺组织中IL-6浓度显著升高(13.8±0.7versus 7.3±0.4 pg/mg,P<0.01)。pCB6-2J2而不是pCB6转染显著抑制IL-6的升高(9.8±0.7vs 15.44±1.16 pg/mg,P<0.01)。CYP2J2对血清中IL-6浓度的影响与肺组织相似。CYP2J2显著减轻MCT诱导的血清IL-6水平的升高(15.7±2.0vs24.8±2.5pg/mL,P<0.05)。(5)Western blot结果提示:MCT注射后,肺组织eNOS的表达水平显著下调,而与空pCB6载体相比,CYP2J2转染能显著增加MCT处理后肺组织中eNOS的表达。(6)与正常对照组相比,MCT组和MCT+pCB6组大鼠肺组织中TGF-β1和p-Smad2表达显著增加,而在pCB6-2J2转染后表达显著减少。我们也发现,在MCT注射的动物肺组织中,BMPRII表达轻度下调,而CYP2J2转染能减少BMPRII的下调,此外,与MCT+pCB6组相比,CYP2J2转染也能使p-Smad1恢复至接近正常的水平。
结论:野百合碱注射后可导致大鼠右室收缩压显著升高和肺血管中膜明显增厚。经尾静脉注射途径导入pCB6-2J2基因,能显著降低RVSP、右室肥厚和肺血管中膜增厚程度。这些效应可能与CYP2J2能恢复肺组织eNOS表达、抑制肺组织中炎症以及调节TGF-β/BMPRII-Smads信号通路有关。总之,这些结果提示,CYP2J2基因转染可能成为一种新的肺动脉高压的治疗方法。