CPG--ODN后处理对小鼠心肌缺血再灌注损伤的保护作用及机制研究

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本文主要从以下几方面进行论述:  第一部分 建立胸腔闭合式小鼠心肌缺血再灌注损伤模型  缺血性心脏病是引起全球人口死亡的第一位因素,严重威胁人类健康。缺血再灌注损伤加重心肌损害,是导致疾病预后不良的重要因素。因此,探寻防治缺血再灌注损伤的有效治疗方法有利于改善缺血性心脏病患者预后。本实验将建立不同于以往胸腔开放式模型,拟建立一种胸腔闭合式小鼠心肌缺血再灌注损伤模型,以期减少手术创伤应激对心肌缺血再灌注损伤实验的影响,从而为探寻治疗药物提供基础。  目的:  建立一种胸腔闭合式小鼠心肌缺血再灌注损伤模型。  方法:  采用10-12周龄C57BL/6野生型雄性小鼠,异氟醚麻醉后行气管插管接呼吸机通气,显微镜下沿左锁骨中线第四肋间隙开胸,建立心肌缺血再灌注损伤预模型;待小鼠复苏后,常规饲养5天,再在静脉麻醉下行缺血再灌注损伤实验;分别予以缺血30 min或60 min,再灌注2h或24 h,取小鼠心脏,TTC染色检测心肌梗死面积或者TaqMan探针Real-Time PCR技术测定心肌组织炎症因子表达水平。  结果:  (1)胸腔闭合式小鼠心肌缺血再灌注模型可成功诱导心肌梗死。缺血30 min,再灌注2h或24 h后,TTC染色观察到小鼠心肌梗死发生,并且再灌注24 h较2h心梗面积增加;缺血30min或60 min后,再灌注24 h后,TTC染色观察到小鼠心肌梗死发生,但是缺血60 min与30 min比较,心肌梗死面积无显著差异;  (2)缺血再灌注损伤显著增加心肌组织炎症因子水平。小鼠心肌缺血30 min,再灌注2h后,胸腔闭合式心肌缺血再灌注预模型小鼠(术后恢复5天后,sham组)与正常健康小鼠相比(contol组)其炎症因子包括TNF-α、IL-1β、IL-6均无明显变化;但是,缺血再灌注损伤小鼠(I/R组)心肌组织IL-1β、IL-6水平显著高于sham组和control组小鼠。  结论:  成功建立胸腔闭合式小鼠心肌缺血再灌注损伤模型,为后续实验建立了研究基础。  第二部分 CpG-ODN后处理在心肌缺血再灌注损伤中的保护作用研究  缺血后处理(ischemic postconditioning,IPC)是只在缺血发生后,再灌注前或者再灌注起始阶段,进行反复多次的短暂血流阻断与恢复处理。研究证实IPC与缺血预处理一样,能够诱导并启动机体内源性保护机制,对心肌缺血再灌注损伤发挥保护作用。CpG-ODN是TLR9的配体,具体调节机体免疫炎症功能。研究表明CpG-ODN预处理能够减轻小鼠心肌缺血再灌注损伤心肌梗死面积,改善小鼠心脏功能。但是,CpG-ODN后处理是否具有同样作用,尚不清楚。  目的:  探讨CpG-ODN后处理在小鼠心肌缺血再灌注损伤中的保护作用。  方法:  为了探讨CpG-ODN后处理对小鼠心肌缺血再灌注损伤早期预后的保护作用,实验分为三个组,分别为①PBS组:在恢复再灌注前5 min给予腹腔注射PBS250μl;②IPC组:在完成缺血30 min后,给予再灌注20 s后紧接着缺血20 s,循环3次;③CpG-ODN组:在恢复再灌注前5 min给予腹腔注射CpG-ODN(0.2μmol/kg,溶解于250μl PBS中)。  所有实验组小鼠在完成缺血30 min,再灌注2h和24 h后,取小鼠心脏,TTC染色检测小鼠心肌梗死面积;并且在再灌注24 h后通过置入左心室P-V导管评估小鼠的心脏功能。  为了探讨CpG-ODN对小鼠心肌缺血再灌注损伤远期预后的保护作用,实验分为四个组,分别为①sham组:小鼠只进行缺血再灌注损伤预模型的建立,并不行缺血再灌注干预;①PBS组:在恢复再灌注前5 min给予腹腔注射PBS250μl;②IPC组:在完成缺血30 min后,给予再灌注20s后紧接着缺血20s,循环3次;③CpG-ODN组:在恢复再灌注前5 min给予腹腔注射CpG-ODN(0.2μmol/kg,溶解于250μl PBS中)。  除sham组外,其它实验组小鼠在完成缺血30 min,再灌注7 days和28 days后,取小鼠心脏,天狼星红染色法检测心肌组织胶原纤维沉积水平,评估心肌纤维化程度;再灌注3 days和7 days后,取小鼠心脏,免疫组化检测心肌组织巨噬细胞浸润程度;再灌注3 days、7 days和28 days后通过置入左心室P-V导管评估小鼠的心脏功能。  结果:  (1)与PBS组相比,CpG-ODN后处理和IPC处理均显著降低小鼠再灌注2h和24 h心肌梗死面积。  (2)与PBS组相比,CpG-ODN后处理显著增加小鼠再灌注24 h左心室功能指标包括射血分数(ejection fraction,EF)和前负荷补充搏功(preload recruitablestroke work,PRSW),改善小鼠心脏功能;  (3)与PBS组相比,CpG-ODN后处理和IPC显著降低小鼠再灌注后7 days和28 days心肌组织胶原纤维沉积;  (4)与PBS组相比,CpG-ODN后处理显著减少小鼠再灌注后3 days和7 days心肌组织巨噬细胞浸润,IPC处理仅显著减少小鼠再灌注后3 days心肌组织巨噬细胞浸润;  (5)与PBS组相比,CpG-ODN显著增加小鼠再灌注后3 days、7 days和28 daysEF和PRSW值,显著改善小鼠心脏功能;IPC处理仅增加小鼠再灌注3 days EF和PRSW值。  结论:  CpG-ODN不仅减少心肌缺血再灌注损伤小鼠心肌梗死面积,改善早期心脏功能,而且降低小鼠心肌组织胶原纤维沉积和巨噬细胞浸润,改善远期心脏功能。  第三部分 CpG-ODN后处理对心肌缺血再灌注损伤保护作用的机制研究  再灌注损伤救援激酶(reperfusion injury salvage kinase,RISK)包括PI3K/Akt、MAPKs和ERK1/2等被认为是缺血后处理(ischemic postconditioning,IPC)改善心肌缺血再灌注损伤预后的关键信号机制。CpG-ODN作为一种人工合成的模拟细菌DNA成分的寡聚脱氧核苷酸,与其受体TLR9(Toll like receptor9,TLR9)结合后,参与调节机体免疫炎症反应。研究发现CpG-ODN预处理通过活化PI3K/Akt信号通路和调节IL-10炎症因子,从而减少缺血再灌注损伤小鼠心肌梗死面积,改善小鼠心脏功能。然而,CpG-ODN后处理对心肌缺血再灌注损伤保护作用的机制如何,尚不清楚。  目的:  探讨CpG-ODN后处理减轻小鼠心肌缺血再灌注损伤的作用机制。  方法:  实验将分为三个组,分别为(DPBS组:在恢复再灌注前5 min给予腹腔注射PBS250μl;②IPC组:在完成缺血30 min后,给予再灌注20s后紧接着缺血20s,循环3次;③CpG-ODN组:在恢复再灌注前5 min给予腹腔注射CpG-ODN(0.2μmol/kg,溶解于250μl PBS中)。在完成缺血30 min,再灌注2h后,取小鼠心脏,TaqMan探针Real-Time PCR技术检测心肌组织炎症因子水平;进一步,采用C57BL/6野生型雄性(WT)小鼠以及同系来源的TLR9基因敲除(TLR9-D)小鼠作为研究对象,并且部分WT小鼠采用PI3K抑制剂wortmannin进行干预,完成缺血30 min,再灌注2h后,取小鼠心脏,TTC染色检测小鼠心肌梗死面积。  结果:  (1)与IPC组或PBS组相比,CpG后处理显著诱导小鼠再灌注2h后心肌组织炎症因子IL-10表达升高;  (2)在WT小鼠中,CpG-ODN后处理显著减轻小鼠再灌注2h后心肌梗死面积;然而,在TLR9-D小鼠中,CpG-ODN未能减少缺血再灌注损伤小鼠心肌梗死面积;  (3) DMSO预处理对照组小鼠中,CpG-ODN和IPC均显著减少缺血再灌注损伤小鼠心肌梗死面积;然而,在wortmannin预处理小鼠中,CpG-ODN和IPC未能减少缺血再灌注损伤小鼠心肌梗死面积。  结论:  CpG-ODN后处理显著诱导心肌组织抗炎因子IL-10表达升高,并且CpG-ODN对心肌缺血再灌注损伤小鼠的保护作用被TLR9基因敲除和PI3K抑制剂拮抗。
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