・1892・ 中国煤炭工业医学杂志2015年11月第18卷第11期Chinese Journal of Coal Industry Medicine,Nov.2015,Vo1.18,No.11 ・基础论著・ 线粒体功能在自发性高血压大鼠动脉平滑肌 细胞中的改变与机制探究 张宇 傅义程 魏国良 陈曦 朱超 杨洁 李泱 摘要 目的探讨线粒体功能在自发性高血压大鼠动脉平滑肌细胞中的改变与机制。方法 选择正常血 压Wistar—Kyoto(WKY)大鼠为正常对照组(n:16),同周龄自发性高血压Spontaneous Hypertensive Rat(SHR)大鼠为实验组(n=16)。采用组织块贴壁法进行大鼠胸主动脉平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell,VSMC)原代培养并用免疫组织化学法鉴定;VSMCs线粒体功能改变采用荧光法和流式细胞 术分别检测胞质内ATP、ROS水平和线粒体膜电位;筛选线粒体呼吸链主要亚基ND1、ND2、Cytb8、CO1、 ATP8的mRNA,采用实时定量聚合酶链式反应(qRT—PCR)法观察其在各组VSMCs中的表达变化。 结果 与正常组相比,sHR组大鼠VsMcs细胞线粒体ATP产生量由(60.873±2.750)nmol/I 下降至 (51.581±3.280)nmol/L(P<0.01),胞质内R0S水平明显升高,从(0.752±0.043)至(1.082±0.146)(P <0.01)。细胞线粒体膜电位改变,由(1.614±0.173)降至(1.401±0.132)(P<0.O1),提示VSMCs细胞 线粒体功能显著受损。其次,对线粒体呼吸链主要亚基检测发现sHR组ND1亚基mRNA表达存在明显 下调,与对照相比有显著差异。结论 高血压可导致动脉平滑肌细胞线粒体功能受损和氧化应激水平提 高,线粒体氧化呼吸链ND1亚基改变可能是在高血压发病中参与血管平滑肌细胞线粒体功能调控的重要 环节。 关键词 高血压;线粒体;血管平滑肌;氧化应激;ND1;大鼠 中囤分类号 R34 文献标识码 B 文章编号 1007—9564(2015)11—1892—06 D0I编码 10.11723/mtgyyx 1007—9564 201511032 MITOCHONDRIAL DYSFUNCTION IN VASCULAR SMoOTH MUSCLE CELLS OF SPONTANEoUSLY HYPERTENSIVE RATS AND RELATED MECHANISMS Zhang Yu。Fu Yicheng,Wei Guoliang,et a1. Department of Cardiology,Chinese PLA General Hospital,Beijing 100853。China Abstract Objective To investigate the change of mitochondrial function of aortic smooth muscle cells (VSMCs)and mechanism in spontaneous hypertensive rats.Methods A total of 16 healthy spontaneously hypertensive rats(SHR)and corresponding ages of normal rats(WKY)aged 14 weeks were selected. VSMCs were primarily cultured in vitro using tissue block adhering wall method,and the third to fifth gen— eration was used for cell experiment.First we detected the intercellular ATP using fluorescence technique. ROS and mitochondrial membrane potential of VSMCs were tested by flow cytometry.The mRNAs ex— pression of ND1,ND2-Cytb8,ATP8,CO1 in mitochondrial respiratory chain were analyzed for real— time PCR.Results ATP in SHR group showed significantly downward compared tO WKY group(P<0. 01)-and ROS increased markedly in contrast to WKY group(P<0.01),while the mitochondrial mem— brane potentia1 decreased significantly in SHR group.Real—time PCR confirmed that ND1 expression in SHR group downregulated strikely(P%O.01),but ND2,Cytb8,ATP8,C01 expression in SHR group 基金项目:国家自然基金重点项目(N0.81030002) 国家自然基金面上项目(NO.811O0186/HO214;81470542/ H0214) 国家自然科学基金青年项目(NO.8100215) 作者单位:100853北京市,解放军总医院内科临床部心血管内 科 *通讯作者 中国煤炭工业医学杂志2015年】1月第18卷第11期Chinese Journal of Coal Industry Medicine,Nov.2015,Vo1.18,No.11 ・1893・ showed no statistically difference compared to WKY group.Conclusion Hypertension would result in mi— tochondria dysfunction and enhanced level of oxidative stress of VSMCs.The changes of ND1 subunit in the oxidative respiratory chain of VSMCS might play an important part in the pathological genesis of essen—- tial hypertension. Key words Hypertension;Mitochondria;Vascular smooth muscle cells;Oxidative stress;ND1 原发性高血压(essential hypertension,EHT)是 一电位检测试剂盒(JC一1),其他试剂为国产分析纯。 1.2 方法 种可引起高发病率和死亡率的慢性常见病L】j。预 计在未来三十年内全球高血压患病率会增加60%左 1.2.1动物分组以自发性高血压(SHR)大鼠为 右,将对经济和社会造成巨大负担。临床研究发现 高血压有家族聚集倾向,且大部分具备显著母系遗 传特点。而母系遗传是线粒体DNA特有的遗传方 式。提示这类高血压发生可能与线粒体基因密切相 关 。 Framingham心脏研究通过对数千名参与者进 行遗传学分析,发现线粒体遗传可对35.2 的高血 压家系产生影响l_3]。线粒体DNA在高血压发生中 的作用机制尚不明确,推测可能与线粒体ROS生 成、能量合成障碍、线粒体呼吸链功能紊乱 有关。 线粒体为细胞活动提供能量,其内膜的主要成分是 呼吸链。细胞生存所需的95 能量都由线粒体呼吸 链提供 ]。线粒体呼吸链复合体I/Ⅲ的“电子漏” 可使氧接受电子生成ROS,而这两个复合体关键酶 的缺失可抑制线粒体呼吸链复合体活性,从而导致 线粒体功能障碍。 Rizzoni等 发现,高血压中冠状动脉微循环存 在明显重构,包括血管中膜增厚、官腔缩窄。平滑肌 细胞是血管中膜的主要构成成分,是维持血管壁结 构和血管张力的重要组成,可通过轻度收缩调节血 管壁张力,维持血压。平滑肌功能障碍可导致血管 顺应性下降,血管重构 ]。由此可见血管平滑肌细 胞的异常增殖与凋亡对高血压的发病起重要作用。 1材料与方法 1.1一般材料 1.1.1动物14周龄清洁级自发性高血压(sHR) 大鼠及同周龄正常(WKY)大鼠各16只,均购自解 放军总医院实验动物中心。 1.1.2 试剂D—MEM/F一12培养基、胰蛋白酶 一EDTA消化液购自Hyclon公司;胎牛血清(FBS) 购自Gibco公司,双抗(青链霉素)、DAB Chromo— gen、苏木素染液购自sigma公司,a—SM—actin购 自DAKO公司,ATP发光检测试剂盒购自北京威 格拉斯生物技术有限公司,活性氧(ROS)检测试剂 盒购自上海碧云天生物技术有限公司,HRP Poly— met Conjugate购自Thermo Fisher公司,线粒体膜 实验组,正常血压(WKY)大鼠为对照组。 1.2.2胸主动脉平滑肌细胞原代培养及鉴定 采 用颈椎脱臼法迅速处死大鼠后,暴露胸腔,取胸主动 脉长约1.5cm,于预冷的PBS液中剥离血管周围结 缔组织及血管外膜,纵向切开血管刮除内皮细胞,用 刀片将血管切至lmm×1ram组织块,用弯镊将组织 块均匀平整的平铺于培养皿,组织块间距约为1.5-- 2mm。放人37 C 5 CO 孵箱静置4~5h,隔日换 液,待细胞从组织块边缘爬出,并生长至70 ~ 8O 即可传代。根据原代VSMCs形态学特征应用 倒置显微镜观察细胞大小、形态、生长特点及排列方 式等。用特异性抗体a—SMA—actin对细胞进行免 疫组织化学法鉴定。二氨基联苯胺(DAB)显色,苏 木素轻度复染,经分化、脱水、透明、封片,在显微镜 下观察,核卵圆形居中,呈淡蓝色,胞质内表达为强 阳性,并可见棕黄色的免疫产物可判定为阳性结果, 当细胞随传代而自行纯化时,细胞理化性质无明显 改变。将原代胸主动脉平滑肌细胞传代培养至3~4 代时用于细胞实验。 1.2.3胸主动脉平滑肌细胞线粒体功能测定 1.2.3.1荧光法检测细胞内ATP水平 选择生长 状态良好的细胞进行收集,将收集细胞置人足量1× Lysis Buffer(ULB)的培养皿内,充分混匀后置于微 型振荡器上震荡约5~7rain;重悬细胞后将细胞悬 液移入1.5ml离心管,在涡旋振荡器上充分混匀震 荡40s。取待测样品5 l加入测量管底部,取Assay Reagent 50/ ̄1加入管底部,轻轻敲击管壁5~8次混 匀,立即放人仪器中进行测定,记录发光值为Firefly luciferase的发光单位(RLU)。以上结果重复3次 以上,得出数据,统计结果。 1.2.3.2 DCFH—DA法检测细胞内ROS水平 去除细胞培养液,用无血清的培养基冲洗细胞2~3 次,加入含10/,mol/LDCFH—DA的无血清培养基 lml,在37。C含5 CO2的培养箱中孵育20rain, PBS清洗3次,充分去除未进入细胞的DCFH— DA,用3ml无血清培养基重悬细胞;用流式细胞仪 (使用488nm激发波长,525nm发射波长)检测细胞 ・1896・ 中国煤炭工业医学杂志2015年11月第18卷第11期Chinese Journal of Coal Industry Medicine,Nov.2015,Vo1.18,No.11 下观察精确,且Amann选择的36周大鼠年龄较老, 所以细胞形态改变明显。而本实验所用动物为16 周大鼠,动脉壁与平滑肌细胞肥厚尚未形成。 本实验结果显示高血压组细胞线粒体膜电位及 ATP水平较正常组明显下降,提示高血压状态下, 线粒体结构与功能发生改变,导致细胞能量产生障 碍,细胞凋亡增加。细胞线粒体膜电位_1 可维持线 粒体内电化学稳态,使氧化还原通路保持通畅。当 膜电势的持续下降,会导致线粒体膜电势转换(mi— tochondrial permeability transition,MPT),启动细 胞凋亡。另外线粒体可通过氧化磷酸化产生细胞维 持正常活动所需要的大部分ATP_1 ,当线粒体功能 发生紊乱时,会产生电子传递障碍,ATP生成减少, 不能满足细胞对于能量的需求。 本实验发现高血压组细胞ROS水平明显升高, 说明在高血压病理状态下,平滑肌细胞受到损伤,线 粒体功能发生改变,导致自由基生成增多、清除降 ] ] ] 低,从而引起细胞内ROS水平升高。ROS水平的高 低可以反映细胞受自由基攻击和损伤的程度 。许 多临床研究与动物实验都显示ROS[=1 在高血压的 发生、发展过程中发挥重要作用。ROS的重要来源 是线粒体,当线粒体结构和功能紊乱时会导致细胞 产生的ROS异常增多。增多的R0S可激活细胞炎 性分子、细胞增殖和分化相关蛋白,在高血压、动脉 粥样硬化等疾病中发挥作用[1 。另一方面,ROS作 为调节血管结构和张力重塑的因子,可以导致血管 舒张因子释放受抑、细胞内钙超载、细胞外基质沉积 最终导致血管重塑,外周阻力增加,加重高血压的发 生发展 。 我们前期通过对具有母系遗传特点的高血压家 系进行线粒体DNA测序分析,发现线粒体呼吸链复 合体I上的ND1基因 308C突变与高血压发病密切 相关。本研究发现SHR大鼠平滑肌细胞线粒体上的 ND1基因表达低于正常组,进一步验证了线粒体上的 ND1基因与高血压发生发展存在重要关联。ND1基 因可能在能量合成、氧自由基(reactive oxygen species ,ROS)生成、线粒体途径的细胞凋亡中起重要作用。 推测由于ND1基因表达下降,导致线粒体膜电位改 变、氧化磷酸化过程发生障碍,ROS生成增加,对氧的 利用率降低,合成的ATP减少,胞浆内钙离子浓度升 高引起细胞收缩,加重高血压的发生发展。 综上所述,本研究以前期发现的高血压家系中 存在的ND1突变为基础,研究高血压状态下大鼠平 滑肌细胞线粒体功能及ND1亚基表达的改变,进一 步明确ND1基因与高血压之间的存在重要关联,为 今后在线粒体基因水平研究高血压的发生提供依 据。但是线粒体呼吸链上多种蛋白的相互影响在高 血压发生发展中的作用及其机制尚不清楚。总之, 线粒体基因在高血压发生发展中的病理生理机制非 常复杂,还需要我们继续研究。 4参考文献 ] ] ] ]_卜 l] ] 中国煤炭工业医学杂志2015年11月第18卷第11期Chinese Journal of Coal Industry Medicine,Nov.2015,Vo1.18,No.11 ・1897・ 大蒜素干预下大鼠血清对食管癌EC109细胞增殖及 凋亡的影响 张召 梁宗英 侯继申 张旭 辛国华 摘要 目的探讨长期大蒜素干预下SD大鼠血清对食管癌EC109细胞增殖以及凋亡的影响。方法 采 用普通SD大鼠血清和长期大蒜素干预条件下SD大鼠血清培养食管癌EC109细胞。I组:以普通灭活 SD大鼠血清培养液培养食管癌EC109细胞;lI组:以大蒜素干预SD大鼠灭活血清培养液培养食管癌 EC109细胞;应用流式细胞术测定细胞周期分布,并计算细胞s期分数和增殖指数;采用AnnexinV—EG— FP/PI双染法和亚倍体峰法应用流式细胞仪检测早期和中晚期凋亡率。结果 Ⅱ组Gz/M期及S期细胞 比例明显低于I组,而Go/G 期细胞比例明显升高;Ⅱ组S期分数及细胞增殖指数显著低于I组(P< 0.05),差异有统计学意义。Ⅱ组细胞凋亡率明显高于I组,差异有统计学意义(P<O.05)。结论 长期 大蒜素干预下SD大鼠血清对食管癌EC109细胞的增殖活性具有明显的抑制作用并能促进食管癌EC109 细胞的凋亡。 关键词 大蒜素;食管癌;EC109细胞;增殖活性;细胞凋亡;大鼠 中图分类号 R735.1 文献标识码 B 文章编号 1007—9564(2015)11—1897—04 D0I编码 10.11723/mtgyyx 1007—9564 201511033 THE EFFECT OF SD RATS SERUM ON THE ESOPHAGUS CANCER EC一109 CELLS PROLIFERATIVE ACTIVITY AND CELL APOPTOSIS UNDER THE ALLICIN.INTERVENTION Zhang Zhao,Liang Zongying.Hou J ishen。et a1.Department of Thoracic Surgery,The Affiliated Hospital of Chengde Medical College,Chengde 067000,China 基金项目:2015年度河北省医学科学研究重点课题计划(课 题编号:20150023) 作者单位:067000河北省承德市,承德医学院附属医院胸外 科 *通讯作者 [13] Amann K,Gharehbaghi H,Stephen S,et a1.Hyper— El6] Vokurkova M,Rauchova H,Rezacova L,et a1.ROS trophy and hyperplasia of smooth muscle cells of production is increased in the kidney but not in the small intramyocardial arteries in spontaneous1y hy— brain of Dahl rats with salt hypertension elicited in a pertensive rats[-J].Hypertension,1995,25(1):124 duhhood[-J].Physiol Res,2015,64(3):303—312 —131 E172 Tretter L。Ambrus A.Measurement of ROS homeo— E14] Birsoy K,Wang T,Chen W.W,et a1.An Essential stasis in isolated mitochondria[J].Methods Enzy— Role of the Mitochondria1 Electron Transport Chain mol,2014,547:199—223 in Cell 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[2015—09—28收稿] PLOS One,2014.9(11):el13330