實驗性糖尿病心肌病中半胱氨酸酶-3的表達

李冬梅,宓宇仙*,倪勁松,楊 柳

(1.吉化集團公司總醫院 特診科,吉林吉林132022;2.吉林大學白求恩醫學院,吉林 長春130021)

1974年Hamby等[1]通過進一步病理研究首次提出了糖尿病心肌病的概念。糖尿病心肌病是一個獨立的糖尿病并發癥,其發病與高血壓、冠狀動脈疾病或其他已知心臟疾病無關,是糖尿病發病過程中特異性的心肌受損和心臟功能改變,可不伴有缺血性病變、血管病變及高血壓等并發癥,臨床以左心室肥厚和舒張功能不全為主,隨著病程進展出現收縮功能不全[2]。實驗證明在糖尿病動物模型中存在心肌細胞凋亡[1,3]。因此細胞凋亡在糖尿病心肌病變中所起的作用是日益被專家學者重視。本實驗通過實驗性糖尿病心肌病大鼠模型,觀察糖尿病心肌病時caspase-3的表達情況。

1 材料和方法

1.1 糖尿病動物模型的制備及分組

清潔級健康Wistar雄性大鼠16只,鼠齡5-6個月,體重200±20 g,由吉林大學基礎醫學院實驗動物中心提供(中心許可證號:SCXK吉 2003-001)。常規喂養一周后隨機分成對照組(6只)和糖尿病組(10只)。糖尿病組大鼠以60 mg/kg劑量一次性腹腔注射STZ溶液(用0.1 mol/l、PH=4.4的枸櫞酸鹽緩沖液配制),正常對照組大鼠注射等體積的枸櫞酸鹽緩沖液。注射后48 h取尾靜脈血,測血糖、尿糖情況;并定期隨機用血糖試紙監測血糖的變化。12周后處死大鼠,切取心室肌組織進行形態學觀察及免疫組織化學染色。注射STZ糖尿病組大鼠在48小時檢測血糖值均＞16.7 mmol/L,尿糖(+++-++++)。其中糖尿病組有一只大鼠極度消瘦死亡。

1.2 免疫組織化學S-P染色

光鏡下caspase-3表達主要位于細胞質和/或細胞核,以黃色、棕色、棕褐色為陽性表達,其表達結果由染色細胞數評判:分別隨機觀察每例高倍鏡(×400)下5個視野,計算陽性細胞數與總細胞數百分比。

1.3 統計學分析

采用SPSS11軟件,應用 t檢驗,χ2檢驗處理數據,實驗結果用s表示。

2 結果

免疫組化染色結果:caspase-3表達主要位于細胞質和/或細胞核,糖尿病組陽性表達率明顯高于對照組,P＜0.000 1,具有統計學意義。見表1。

表1 糖尿病組與對照組caspase-3表達陽性率比較

3 討論

細胞凋亡又稱細胞程序性死亡,是由一系列基因調控的細胞自主的死亡過程。細胞凋亡的過程受多種基因調控,表現為凋亡信號通路的啟動和相關基因的表達[4]。糖尿病患者在無明顯微血管病變時也可出現心力衰竭,表明糖尿病患者心肌細胞本身可以發生結構和功能改變,提示有心肌病的可能[2]。Cai等[5]報道在糖尿病患者和動物模型中都可觀察到心肌細胞死亡。研究表明在哺乳動物細胞凋亡過程中天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶(caspases)家族的激活起關鍵作用。細胞凋亡過程實際上是caspase不可逆有限水解底物的級聯放大反應過程。

目前認為caspase是一切凋亡信號傳導的共同通路,各種caspase如同凝血因子一樣”瀑布式”層層激活,最終引發細胞凋亡[6]。Caspase-3是 caspase家族中比較重要的一員,它能分解細胞蛋白,起凋亡執行器的作用。已有的研究表明,caspase-3是細胞凋亡蛋白酶級聯反應中的“核心”蛋白酶,也是凋亡發生的標志酶[7]。caspase-3的作用主要包括:(1)消化破壞細胞內多種蛋白酶復合體;(2)激活內核酸酶,造成DNA裂解破壞形成DNA片斷;(3)通過特異地消化ATPase4b亞基,破壞細胞鈣泵功能,造成細胞內鈣超載,上述作用的綜合結果造成細胞不可逆性損傷,形成凋亡[8]。

本實驗觀察了Caspase-3的表達情況,結果顯示:caspase表達于心肌細胞胞質和細胞核,對照組心肌細胞caspase-3表達弱,陽性表達率為9.94%;糖尿病組心肌細胞caspase-3呈強陽性表達,陽性表達率92.42%,明顯高于對照組。說明caspase-3參與了心肌細胞的凋亡。因此心肌細胞凋亡可能是導致糖尿病心肌病及心力衰竭的重要原因之一。

[1]Hamby RI,Zoneraich S,Sherman L,et al.Diabetic cardiomyopathy[J].JAMA,1974,229(13):1749.

[2]Schannwell CM,SchneppenheimM,Perings S,et al.Left ventricular diastolic dysfunction as an early manifestation of diabetic cardiomyopathy[J].Cardiology,2002,98(1-2):33.

[3]Rubler S,dlugash J,Yuceoglu YZ,et al.New type of cardiomyopathy ass ociated with diabetic glomerulosclerosis[J].Am J Cardiol,1972,30(6):595.

[4]令 華.心肌損害與糖尿病相互關系的探討[J].放射免疫學雜志,1996,9,(3):129.

[5]Zhu XX,ZhouXp,Zhong XL,et al.Streptozotocin induced cardiom-yopathy in diabetic rats[J].Chin Med Engl,1993,106(3):463.

[6]Martin DA,Siegel RM,Zheng L,et al.Mebrane oligomrization and cleavage activates the caspase-8(FLICE/MACHa1)death signal.J Biol Chem,1998,273(8):4345.

[7]Higuchi M,Aggarwal B B,Yeh E T.Activationof CPP 32-like rtoteaes in tumor necrosis factor-inducedd apoptosis is dependent on mitochondrial runction[J].J Clin Invest,1997,99(7):1751.

[8]Donovan M,Cotter T G.Control of mitochondrial integrity by Bcl-2 family members and caspase-independent cell death[J].Biochim Biophys Acta,2004,1644,(2-3):133.