粉防己堿通過JAK2-STAT3途徑減輕心肌缺血/再灌注損傷*

張文超 方秧青 鐘靜紅 張 明

（1 余姚市人民醫院麻醉科，余姚 315400，2 寧波市鄞州區第二醫院藥劑科，寧波 315000）

缺血性心臟病是死亡的主要原因之一，盡早恢復缺血區域的血液灌注是治療缺血性心臟病患者的有效方法，然而血流的恢復可能會導致組織損傷，稱為心肌缺血/再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）損傷[1-2]。粉防己堿（tetrandrine，Tet）是一種雙芐基四氫異喹啉生物堿，已被證明對多種心血管疾病有益，例如高血壓、心律不齊、心絞痛、門脈高壓癥等[3]。粉防己堿還可以保護動物免受缺血再灌注引起的心肌損傷，但其機制仍不清楚。Janus 激酶2（Janus kinase 2，JAK2）-信號轉導和轉錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）信號通路參與了包括細胞生長、分化、增殖、凋亡和炎癥等多個生理過程[4]。先前的研究表明，JAK2-STAT3 對于缺血后心臟保護至關重要，缺血后JAK2-STAT3 的激活增加了線粒體中磷酸化STAT3 的表達，從而改善了線粒體功能，并最終減輕了心肌I/R 損傷[5]。但是，JAK2-STAT3 信號通路是否在粉防己堿給藥后的心臟保護中起作用尚不明確，故對其進行研究。

1 材料和方法

1.1 實驗動物和主要試劑

32 只成年雄性Sprague–Dawley（SD）大鼠（體質量250～300 g）由杭州子源實驗動物科技有限公司（生產許可（浙）2019-0004）提供。大鼠在22℃±2℃的自然光（12 h）和黑暗（12 h）循環標準條件下，喂食普通的實驗室食物，并在實驗期間自由飲水。

兔抗JAK2 單克隆抗體，兔抗p-JAK2 單克隆抗體，兔抗STAT3 單克隆抗體，兔抗p-STAT3 單克隆抗體，Bax、Bcl-2、GAPDH 抗體和辣根過氧化物酶購自Cell Signaling Technology；JAK2 抑制劑AG490 購自Sigma-Aldrich；戊巴比妥購自上海泰瑞生物技術有限公司。

1.2 模型建立及動物分組

將32 只大鼠隨機分為4 組，每組8 只。①假手術組（Sham 組）；②缺血再灌注組（I/R 組），腹腔注入生理鹽水1.2 mL 預處理后行I/R；③粉防己堿組，在進行I/R 前1 h 腹腔內注射3 mg/kg（約1.2 mL）粉防己堿，余同I/R 組；④粉防己堿+ AG490組（Tet+AG490 組），在進行I/R 前1 h 腹腔內注射粉防己堿和AG490，余同粉防己堿組。大鼠心肌I/R 模型的建立采用結扎冠狀動脈左前降支法制備[6]，用1%戊巴比妥鈉（50 mg/kg 腹腔內）麻醉大鼠，并使用小動物呼吸機（HX-101E）以體積控制模式每分鐘80 次進行人工通氣。然后，從左胸骨邊界沿第5 個肋間隙通過左胸廓切開術暴露左腋窩，使用6-0 手術縫合線將左前降支冠狀動脈（LAD）結扎至距其起點約2 mm，通過觀察縫合線下方左心室的淺心肌層確認閉塞，心肌缺血30 min，然后再灌注4 h。假手術組中縫合線在LAD 下通過，但沒有閉塞。

1.3 血液動力學監測

使用Powerlab/8SP 數據采集分析系統收集再灌注結束時的心率（heart rate，HR）、左心室舒張壓（left ventricular developed pressure，LVDP）、左心室舒張末壓（left ventricular end diastolic pressure，LVEDP）和左心室內壓最大上升速率（maximum rate of rise and fall of left ventricular pressure，+dp/dtmax）。

1.4 氯化三苯基四氮唑（TTC）測量心肌梗死面積

再灌注結束時，將心立即置于-80℃的冰箱中，然后沿心矢狀切面切成2～3 mm 厚的切片，置于TTC 溶液（37℃，1%TTC，pH 7.4）中25 min，然后放入10%甲醛溶液中固定過夜。用數碼相機拍攝圖像后，使用Image J 軟件分析梗死區域。

1.5 乳酸脫氫酶（LDH）含量的測定

通過測量冠狀動脈流出液中的LDH 濃度評估心損傷程度。按照制造商的說明，使用日立全自動生化分析儀測定冠狀動脈流出液的LDH 水平。

1.6 心肌三磷酸腺苷（ATP）含量測定

稱取心肌組織1 g，3000 r/min 離心5 min，取上清液，按照ATP ELISA 檢測試劑盒操作說明書進行測定。

1.7 線粒體活性氧（ROS）生成的測定

差速離心法提取線粒體，熒光標記2'，7'-二氯熒光素二乙酸酯（DCFH-DA）測量線粒體ROS 生成速率。

1.8 免疫印跡檢測心肌p-JAK2、p-STAT3、Bcl-2 和Bax 蛋白水平

用于SDS-PAGE 的含有30 μg 蛋白質的樣品（Invitrogen 公司）裂解，密封并轉移至膜上。將其與p-JAK2、JAK2、p-STAT3、STAT3、Bcl-2、Bax 和GAPDH 一抗（4 ℃，1∶1 000）孵育過夜。然后用TBST 溶液清洗膜。最后，將其與室溫下帶有HRP 標記的二抗（1∶1 000）孵育1 h。用Quantity One 2.6.2 圖像分析系統分析掃描圖像，以目的基因條帶與內參條帶的灰度值比作為蛋白相對表達量。

1.9 統計學處理

使用GraphPad Prism 8.0 軟件進行統計分析。計量資料用±s表示。通過單因素方差分析ANOVA 和Tukey 事后多重檢驗（組間兩兩比較）進行統計分析。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 心功能指標比較

假手術組心肌的LVDP、+dp/dtmax和LVEDP顯著高于I/R組，差異有統計學意義（P<0.05，表1）。與I/R組相比，粉防己堿組LVDP和+dp/dtmax顯著增加，而LVEDP顯著降低（P<0.05）。與粉防己堿組相比，粉防己堿+AG490組LVDP和+dp/dtmax顯著降低，而LVEDP顯著升高（P<0.05，表1）。

表1 心功能指標的變化情況（±s）

表1 心功能指標的變化情況（±s）

*P<0.05 vs 假手術組；#P<0.05 vs I/R 組；△P<0.05 vs 粉防己堿組

組別心率（bpm）LVDP（mmHg）LVEDP（mmHg）+ dp/dt（mmHg/s）假手術組258.97±8.9771.36±5.868.25±2.052 667.05±225.00 I/R 組250.69±9.0846.51±6.29*16.67±1.95*1 636.26±297.95*粉防己堿組259.53±8.2958.37±7.17*#11.55±1.94*#2 291.96±211.52*#粉防己堿 +AG490 組249.92±10.8348.57±5.78*△16.75±1.66*△1 656.82±289.66*△

2.2 心肌梗死面積和LDH 釋放比較

假手術組的心肌梗死面積和LDH水平顯著低于I/R組，差異有統計學意義（P<0.001，圖1）。與I/R組相比，粉防己堿組心肌梗死面積和LDH水平顯著減少（P<0.001）。與粉防己堿組相比，粉防己堿+AG490組心肌梗死面積和LDH水平顯著增加（P<0.05，圖1）。

圖1 粉防己堿給藥后減少心肌梗死面積和LDH 釋放

2.3 粉防己堿可增加I /R 后心肌中p-JAK2、p-STAT3和Bcl-2 的水平，并降低Bax 的水平

與I/R 組相比，粉防己堿組p-JAK2、p-STAT3和Bcl-2 蛋白表達顯著升高（P<0.001），Bax 蛋白表達顯著降低（P<0.001）（圖2）。與粉防己堿組相比，粉防己堿+AG490 組p-JAK2、p-STAT3 和Bax蛋白表達顯著降低（P<0.001），Bax 蛋白表達顯著上升（P<0.001，圖2）。

圖2 大鼠p-JAK2（B）、p-STAT3（C）、Bcl-2（D）和Bax（E）的表達定性（A）和定量（B～E）變化

2.4 粉防己堿改善心肌能量代謝

與假手術組相比，I/R 組心肌ATP 含量顯著降低（2.96±0.29 比7.87±0.35）。與I/R 組相比，粉防己堿組ATP 含量顯著升高（5.71±0.30 比2.96±0.29）（P<0.01），而粉防己堿+AG490 組和I/R 組之間ATP 含量差異無統計學意義（P>0.05）。

2.5 線粒體ROS 產生率

與假手術組相比，I/R 組線粒體ROS 產生率顯著增加（13.13±1.58 比7.20±1.51），與I/R 組相比，粉防己堿組線粒體ROS 的產生率顯著降低（9.37±1.23 比13.13±1.58）（P<0.01）。與粉防己堿組相比，粉防己堿+AG490 組線粒體ROS 產生率顯著增加（13.11±0.29 比9.37±1.23）（P<0.01）。

3 討論

粉防己堿是一種天然的雙芐基異喹啉生物堿化合物，具有顯著的生物利用度，并具有抗癌作用、抗炎和細胞保護作用，已用于治療心血管疾病和高血壓。研究證實，粉防己堿可提供良好的心肌保護，是一種有前途的心肌損傷治療方法[3]。本研究中粉防己堿能顯著改善心功能指標，減少心肌梗死面積，研究結果證實粉防己堿可能起到良好的心保護作用。

據報道，活性氧涉及許多疾病，包括神經系統疾病、心力衰竭和高血壓等[8]，其在心肌保護中起著雙重作用。在I /R 的早期階段，低水平的ROS可以激活多種保護性信號通路，而高水平的ROS可以引起心肌細胞的氧化應激損傷。因此，有必要將線粒體ROS 的產生降至最低，以防止心肌細胞I/R 損傷[8]。本研究評估了粉防己堿對線粒體ROS的產生速率的影響，結果提示粉防己堿的心肌保護作用與抑制線粒體ROS 產生有關。

另外，線粒體是心肌I/R 期間ROS 的主要來源，有研究表明Bcl-2 表達的下調可能誘導ROS 的產生[7]。本研究結果顯示粉防己堿上調Bcl-2 蛋白水平，并抑制Bax 蛋白水平。有研究顯示，粉防己堿治療可降低線粒體ROS 的產生并抑制促凋亡因子Bax 蛋白表達，從而抑制細胞凋亡[3]。再灌注期間會產生大量的ROS，導致心肌Ca2+超負荷，從而損害線粒體功能，誘導炎癥遞質的產生，并最終導致心肌細胞凋亡增加，特別是再灌注開始后幾分鐘內大量釋放的ROS 被認為是導致心肌缺血再灌注損傷的主要誘因[9]。因此，推測粉防己堿可以通過降低ROS，從而抑制心肌細胞凋亡。

心肌細胞凋亡是心肌I/R 損傷的重要因素[7]，先前研究表明，激活的JAK2 和STAT3 可保護心肌細胞免于凋亡[7，10]。Zhang 等[11]報道粉防己堿可抑制心臟細胞模型中I/R 誘導的損傷，并與JAK3/STAT3/HK Ⅱ信號通路有關。JAK2-STAT3 信號通路是器官保護的重要組成部分，涉及心、大腦、腎和肝等許多器官[7，12-13]。JAK 家族由JAK1、JAK2、JAK3 和Tyk2 4 個成員組成，STAT 的磷酸化主要受JAK1、JAK2 和JAK3 調控[13]。本研究結果顯示粉防己堿顯著增加p-JAK2 和p-STAT3 表達，JAK2 選擇性抑制劑AG490 逆轉了粉防己堿對細胞凋亡和JAK2-STAT3 途徑的心保護作用。證實了粉防己堿激活了JAK2-STAT3 信號轉導途徑，上調了Bcl-2蛋白水平，并下調了Bax 蛋白水平，最終抑制了心肌細胞凋亡，并減小了心肌梗死面積。

綜上所述，粉防己堿的心保護作用與JAK2-STAT3 的激活有關，粉防己堿給藥后p-JAK2 和p-STAT3 的表達增加，這可能使得線粒體ROS 生成減少和線粒體ATP 含量增加，從而減少了細胞凋亡和心肌梗死面積。