5种中药黄酮对血管平滑肌细胞凋亡的交互作用
作者:王伟 张涛 赵明镜 钟蓓 吕希莹 崔巍 张学中 王硕仁 郭维琴
单位:王伟 王硕仁 郭维琴 赵明镜 吕希莹 崔巍(北京中医药大学东直门医院气血研究实验室 北京100700);张涛(北京市心肺血管疾病研究所动脉硬化研究室 北京100029);钟蓓(建设部总医院老年病科 北京100034);张学中(军事医学科学院情报医学研究所 北京100050)
关键词:黄酮类化合物;血管平滑肌细胞;凋亡;直接试验设计
北京中医药大学学报000409
摘要:以白介素-1刺激增殖的血管平滑肌细胞为模型,按照直接试验设计法确定研究方案,探讨葛根素(A)、淫羊藿甙(B)、黄芩甙(D)、陈皮甙(E)、香蒲新甙(F)等对增殖血管平滑肌细胞凋亡的交互作用。结果显示:凋亡百分率与各药的浓度关系式为:Y=12.07-5.24×10-4B+0.11G+9.60×10-7AD-5.09×10-7BF-2.20×10-4EG(G表示时间;Y表示凋亡率),由此可见,葛根素与淫羊藿甙对增殖血管平滑肌细胞有促凋亡作用,且有明显协同作用。验证实验结果亦表明:葛根素(10-7mol/L)有促进增殖血管平滑肌细胞凋亡的作用,凋亡率为17.0%。
, 百拇医药
中图分类号:R285.5
The Interaction of Five Chinese Herbs Flavones
on the Apoptosis of Vascular Smooth Muscle
Wang Wei Zhang Tao Zhao Mingjing et al.
(The Affiliated Dongzhimen Hospital of Beijing University of Traditional Chinese Medicine, Beijing 100070)
ABSTRACT:Stimulating the vascular smooth muscle cell with IL-1 as the pattern, according to the direct test design to determine the research project, discuss the interaction of Puerarin, Icariin, Baicalin, Hesperidose, Typhaneoside on apoptosis of the proliferated vascular smooth muscle. The result showed the relationship of the rate of apoptosis to the concentrations of the herbs was as followed: Y=12.07-5.24×10-4B+0.11G+9.60×10-7AD-5.09×10-7BF-2.20×104EG(G as time, Y as the rate of apoptosis). From this, it could be seen that the puerarin and icariin could promote the apoptosis of the proliferated vascular smooth muscle and the synergism was obvious. The verification test also indicated the puerarin(10-7mol/L) could promote the apoptosis and the rate was 17.0%.
, 百拇医药
KEY WORDS: Vascular smooth muscle; Flavonoids; Apoptosis; Direct Test Design
方剂配伍的研究是近年来的热点,其研究的基本思路是将方剂中的每一味药做为一个独立因素,根据中医理论研究各药味间的相互关系,进而揭示君、臣、佐、使的配伍规律。而笔者以为方剂配伍的目的是将各药味中对方剂整体作用有贡献的各化学成分直接作用于人体某些生理病理环节,各部分作用有机整合从而达到整体的最佳作用。因而,在方剂配伍研究中将每一味药做为独立作用因素来对待还显不够,因为药味对人体直接起作用的基本单元应该是其化学成分,而不应是某一味药。因此,本研究选择5种对心血管有明显作用的中药(该5种中药在中药方剂中常配伍使用)的有效单体,研究其促血管平滑肌细胞(Vascular Smooth Muscle Cell,VSMC)凋亡的作用,为阐述上述观点提供依据。
1 材料
, 百拇医药
1.1 动物
3月龄纯种雄性日本大耳白兔,普通饲料喂养。
1.2 药物及试剂
葛根素、陈皮甙、黄芩甙、淫羊藿甙均购自卫生部药品生物制品鉴定所;香蒲新甙由北京中医药大学中药学院刘斌讲师惠赠。胎牛血清,美国Difico公司生产;IMDM,美国Promege公司生产。
1.3 仪器
美国BD公司FACS420型流式细胞仪,美国力高公司5410型CO2培养箱。
2 方法
2.1 血管平滑肌细胞培养
采用空气栓塞法处死家兔,在严格消毒灭菌条件下,取出胸主动脉,立即放于PBS液中,剥离外膜上附带的结缔组织,冲洗血管膜内的残血,用剪刀从正中剖开,刮去内膜面,冲洗掉内皮后,转入另一盛PBS的平皿中,用弯头镊撕下中膜平滑肌,丢弃外膜,将中膜剪成约1 mm3的组织块,移入培养瓶壁上,加入含20%胎牛血清的IMDM培养液,先将培养瓶竖直放入含5%CO2培养箱静置培养。取第4代细胞用于以下实验。
, 百拇医药
2.2 增殖血管平滑肌细胞模型的建立
将培养第三代的血管平滑肌细胞以1×108L-1接种于50 mL培养瓶中,于含10%胎牛血清的IMDM培养液中培养24 h,换含100 μg/L IL-1的IMDM培养液(含10%胎牛血清),培养48 h后传代,细胞浓度为1×105L-1,仍换含100 μg/L IL-1的IMDM培养液(含10%胎牛血清)培养24 h,换无血清IMDM培养液继续培养24 h,吸出培养液,并用PBS洗两次,然后进行分组试验,各用药组均同步加入实验用药和IL-1(100 μg/L),每组各取3瓶细胞做同步实验,取平均值。
2.3 分组
5种药的交互作用实验分组:按直接试验方案分组(见表1);葛根素促进增殖VSMC凋亡的验证实验分组:VSMC增殖模型组,葛根素组(浓度为10-7 mol/L),无血清培养组,正常培养组。药物作用48 h后收集细胞,测定凋亡百分率。
, 百拇医药
2.4 数据处理
SAS软件分析结果。
3 结果
3.1 各药间的交互作用关系
回归方程式:Y=12.07-5.24×10-4B+0.11G+9.60×10-7AD-5.09×10-7BF-2.20×10-4EG。(A、B、D、E、F、G、Y分别代表葛根素、黄芩甙、淫羊藿甙、陈皮甙、香蒲新甙,药物作用时间、凋亡率)。可见,葛根素与淫羊藿甙对增殖血管平滑肌细胞有促凋亡作用,且有协同作用。当该两药单独使用时促凋亡作用与给药浓度关系不大,但与时间呈正相关。其余3种药均在低剂量时显示一定的促凋亡作用,在高剂量时可抑制凋亡。结果见表1。
表1 六因素六水平直接试验设计方案与实验结果 (10 000=10-7mol/L) 序号
, http://www.100md.com
葛根素
黄芩甙
淫羊藿甙
陈皮甙
香蒲新甙
时间/h
凋亡率/%
1
100
1
1
10
1 000
, 百拇医药
72
19.5
2
10 000
10
0
0
100
72
17.9
3
10 000
0
, 百拇医药 1
10
1
24
15.3
4
1 000
100
10
1
10 000
48
22.0
5
, http://www.100md.com
1 000
10 000
0.1
0
1
24
7.7
6
10
100
1 000
1
10
, 百拇医药 48
15.7
7
1
10
0.1
100
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48
15.5
8
1
1 000
10
, 百拇医药
10
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48
14.0
9
10
10 000
100
1
0
72
16.4
10
, 百拇医药 10 000
10 000
1 000
100
0
48
20.7
11
10
1 000
0
0.1
10
, http://www.100md.com
48
19.3
12
1
10
10
1 000
1
72
4.0
13
0
1
1 000
, 百拇医药
0.1
100
48
16.0
14
1 000
1
1
1 000
100
48
6.1
15
, http://www.100md.com 0
100
1
100
10
24
13.2
16
10
0
100
0.1
10
24
, 百拇医药
13.3
17
100
1 000
100
1
10 000
48
7.4
18
100
10
0.1
, http://www.100md.com
1 000
1 000
24
11.8
注:以上每1次实验均重复5次,然后取平均值。
图1 细胞DNA含量的流式细胞仪检测图
A 正常培养组 B IL-1刺激组 C 葛根素组 D 无血清组
3.2 葛根素对增殖VSMC凋亡影响的验证结果
正常培养组(阴性对照)凋亡率为7.5%,IL-1组凋亡率为8.0%,葛根素组凋亡率为17.0%,无血清组(阳性对照)凋亡率为25.0%。结果见图1。
, 百拇医药
3.3 各用药组非毒性作用的依据
相差显微镜下观察给药组与对照组VSMC,形态正常,呈梭形、三角形或不规则形状,未见细胞收缩、漂浮与死亡、胎盘蓝染色显示用药组活细胞数大于90%,与对照组细胞数无明显差异(P>0.05)。
3.4 凋亡细胞的证实
除根据流式细胞图中的AP峰外,在做流式细胞分析前用荧光显微镜观察凋亡小体形成和染色体聚集情况以判断是否细胞凋亡。
5 讨论
血管平滑肌细胞(Vascular Smooth Muscle Cell, VSMC)在动脉粥样硬化(Atherosclerosis, AS)与高血压的病理变化中扮演着十分重要的角色,VSMC的过度增殖是主要环节之一。VSMC分为收缩型和合成型两种表型,收缩型VSMC呈分化状态,不能增殖;合成型的VSMC是去分化的细胞,具有很强的增殖能力。研究表明,在各种刺激因素和生长因子作用下,VSMC可由分化状态转变为去分化状态,并从中膜迁移至内膜,在内膜中大量增殖,并分泌大量基质,成为引起动脉粥样硬化、血管再狭窄、高血压等血管性疾病的重要原因。近年来研究表明,VSMC过度增殖与凋亡调控失衡有密切关系[1~2]。
, 百拇医药
研究者从多种途径试图通过调节或促进VSMC凋亡预防和逆转上述病理改变,从而达到治疗AS、高血压的目的。尽管一氧化氮(NO)和抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸可以促进体外培养的VSMC凋亡,但均未证明其对整体动物模型的治疗作用,通过凋节VSMC凋亡防治AS、高血压的药物还有待进一步研究[3~4]。
中医药在防治AS、高血压等血管性疾病方面积累了丰富的临床经验,并进行了大量的中药化学与药效药理研究,表明中药黄酮类化合物有广泛的心血管生物活性,但仍以总黄酮的研究较多,单体的研究尚少,且大多停留在药效学的研究水平,深入的药理研究及相互作用的研究少见报道[5~7]。
本研究所选的5种黄酮:葛根素、陈皮甙、黄芩甙、淫羊藿甙、香蒲新甙分别是中药葛根、陈皮、黄芩、淫羊藿、蒲黄的主要心血管活性成分之一。以往的研究表明,这5种成分及其原中药均可明显扩张血管、抑制VSMC增殖、亦有不同程度抑制AS的作用[5]。葛根素与淫羊藿甙具有明显的降压作用,有研究表明,与其直接作用于血管有关,这种作用可能与其钙通道的阻断作用有一定关系,但亦不能完全解释[6~8],本研究的结果显示:葛根素与淫羊藿甙在低浓度下(≤10-7mol/L)均可促进VSMC凋亡,且与浓度关系不大,与时间成正相关,最大凋亡率达17.7%;葛根素与淫羊藿甙合用,可能有协同促进VSMC凋亡的作用;其余三药在低浓度下促进VSMC凋亡,高浓度时反而抑制VSMC凋亡。进一步的验证实验亦表明,葛根素(10-7mol/L)的促凋亡率为17.0%(作用48 h)。由此可见,葛根素可促进VSMC凋亡,可能是其扩血管、降血压、抑制AS的机制之一。上述5种黄酮类成分对增殖VSMC凋亡的调节存在协同或拮抗作用,直接试验设计法用于阐明中药有效单体药理作用的交互作用是可行的,可用较少的实验次数获得较多较好的研究结果,较正交设计,均匀设计等有较大的优越性。本研究为从有效单体成分入手,确定明确药效目标,分层次阐明复方配伍关系的思路提供了部分实验依据。
, 百拇医药
中国博士后基金课题(No.1997-6-30),北京市科技新星计划课题(No.952972000)
王伟,男,31岁,医池博士,副研究员,副主任医师.
参 考 文 献
1,Nishio E, Arimura S, Watanabe Y. Oxidized LDL induces apoptosis in cultured Smooth Muscle Cells: A possible role for 7-ketocholesterol. Biochemical and Biophysical Research Communications, 1996, 223:413~420
2,Nishio E, Fukushima K, Shiozaki M, et al. Nitric Oxide Donor SNAP induces apoptosis in smooth muscle cells through cGMP-independent mechanism. Biochemical Biophysical Research Communications, 1996, 221(1): 163
, http://www.100md.com
3,Yang X, Galeao NF, Szabolcs M, et al. Oxidized Low density lipoproteins alter macrophage lipid uptake, apoptosis, viability and Nitric Oxides Synthesis. Nature,1996, 126 (4 supp): 1072~1078
4,Tsai JC, Jain M, Hsien CM, et al. Induction of apoptosis by pyrrolidinedithio-carbamate and N-acetylcy-steine in vascular smooth muscle cells. Journal Biological chemistry, 1996, 271 (7): 3667~3670
5,刘仲则. 中草药黄酮类化合物心血管活性成份概述. 中草药, 1987,18(4):34~37
6,朱庆磊,吕欣然. 葛根素的药理学和临床应用研究进展中草药,1997,28(1):693~696
7,王磊一,赵受平,柴象枢. 葛根素对猫离体血管平滑肌的作用. 中国药理学报,1994,15(2):180~182
8,金昔陆. 葛根素的药理及临床应用. 中国临床药学杂志,1996,5(3):130~132
(收稿日期:2000-01-14), http://www.100md.com
单位:王伟 王硕仁 郭维琴 赵明镜 吕希莹 崔巍(北京中医药大学东直门医院气血研究实验室 北京100700);张涛(北京市心肺血管疾病研究所动脉硬化研究室 北京100029);钟蓓(建设部总医院老年病科 北京100034);张学中(军事医学科学院情报医学研究所 北京100050)
关键词:黄酮类化合物;血管平滑肌细胞;凋亡;直接试验设计
北京中医药大学学报000409
摘要:以白介素-1刺激增殖的血管平滑肌细胞为模型,按照直接试验设计法确定研究方案,探讨葛根素(A)、淫羊藿甙(B)、黄芩甙(D)、陈皮甙(E)、香蒲新甙(F)等对增殖血管平滑肌细胞凋亡的交互作用。结果显示:凋亡百分率与各药的浓度关系式为:Y=12.07-5.24×10-4B+0.11G+9.60×10-7AD-5.09×10-7BF-2.20×10-4EG(G表示时间;Y表示凋亡率),由此可见,葛根素与淫羊藿甙对增殖血管平滑肌细胞有促凋亡作用,且有明显协同作用。验证实验结果亦表明:葛根素(10-7mol/L)有促进增殖血管平滑肌细胞凋亡的作用,凋亡率为17.0%。
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中图分类号:R285.5
The Interaction of Five Chinese Herbs Flavones
on the Apoptosis of Vascular Smooth Muscle
Wang Wei Zhang Tao Zhao Mingjing et al.
(The Affiliated Dongzhimen Hospital of Beijing University of Traditional Chinese Medicine, Beijing 100070)
ABSTRACT:Stimulating the vascular smooth muscle cell with IL-1 as the pattern, according to the direct test design to determine the research project, discuss the interaction of Puerarin, Icariin, Baicalin, Hesperidose, Typhaneoside on apoptosis of the proliferated vascular smooth muscle. The result showed the relationship of the rate of apoptosis to the concentrations of the herbs was as followed: Y=12.07-5.24×10-4B+0.11G+9.60×10-7AD-5.09×10-7BF-2.20×104EG(G as time, Y as the rate of apoptosis). From this, it could be seen that the puerarin and icariin could promote the apoptosis of the proliferated vascular smooth muscle and the synergism was obvious. The verification test also indicated the puerarin(10-7mol/L) could promote the apoptosis and the rate was 17.0%.
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KEY WORDS: Vascular smooth muscle; Flavonoids; Apoptosis; Direct Test Design
方剂配伍的研究是近年来的热点,其研究的基本思路是将方剂中的每一味药做为一个独立因素,根据中医理论研究各药味间的相互关系,进而揭示君、臣、佐、使的配伍规律。而笔者以为方剂配伍的目的是将各药味中对方剂整体作用有贡献的各化学成分直接作用于人体某些生理病理环节,各部分作用有机整合从而达到整体的最佳作用。因而,在方剂配伍研究中将每一味药做为独立作用因素来对待还显不够,因为药味对人体直接起作用的基本单元应该是其化学成分,而不应是某一味药。因此,本研究选择5种对心血管有明显作用的中药(该5种中药在中药方剂中常配伍使用)的有效单体,研究其促血管平滑肌细胞(Vascular Smooth Muscle Cell,VSMC)凋亡的作用,为阐述上述观点提供依据。
1 材料
, 百拇医药
1.1 动物
3月龄纯种雄性日本大耳白兔,普通饲料喂养。
1.2 药物及试剂
葛根素、陈皮甙、黄芩甙、淫羊藿甙均购自卫生部药品生物制品鉴定所;香蒲新甙由北京中医药大学中药学院刘斌讲师惠赠。胎牛血清,美国Difico公司生产;IMDM,美国Promege公司生产。
1.3 仪器
美国BD公司FACS420型流式细胞仪,美国力高公司5410型CO2培养箱。
2 方法
2.1 血管平滑肌细胞培养
采用空气栓塞法处死家兔,在严格消毒灭菌条件下,取出胸主动脉,立即放于PBS液中,剥离外膜上附带的结缔组织,冲洗血管膜内的残血,用剪刀从正中剖开,刮去内膜面,冲洗掉内皮后,转入另一盛PBS的平皿中,用弯头镊撕下中膜平滑肌,丢弃外膜,将中膜剪成约1 mm3的组织块,移入培养瓶壁上,加入含20%胎牛血清的IMDM培养液,先将培养瓶竖直放入含5%CO2培养箱静置培养。取第4代细胞用于以下实验。
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2.2 增殖血管平滑肌细胞模型的建立
将培养第三代的血管平滑肌细胞以1×108L-1接种于50 mL培养瓶中,于含10%胎牛血清的IMDM培养液中培养24 h,换含100 μg/L IL-1的IMDM培养液(含10%胎牛血清),培养48 h后传代,细胞浓度为1×105L-1,仍换含100 μg/L IL-1的IMDM培养液(含10%胎牛血清)培养24 h,换无血清IMDM培养液继续培养24 h,吸出培养液,并用PBS洗两次,然后进行分组试验,各用药组均同步加入实验用药和IL-1(100 μg/L),每组各取3瓶细胞做同步实验,取平均值。
2.3 分组
5种药的交互作用实验分组:按直接试验方案分组(见表1);葛根素促进增殖VSMC凋亡的验证实验分组:VSMC增殖模型组,葛根素组(浓度为10-7 mol/L),无血清培养组,正常培养组。药物作用48 h后收集细胞,测定凋亡百分率。
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2.4 数据处理
SAS软件分析结果。
3 结果
3.1 各药间的交互作用关系
回归方程式:Y=12.07-5.24×10-4B+0.11G+9.60×10-7AD-5.09×10-7BF-2.20×10-4EG。(A、B、D、E、F、G、Y分别代表葛根素、黄芩甙、淫羊藿甙、陈皮甙、香蒲新甙,药物作用时间、凋亡率)。可见,葛根素与淫羊藿甙对增殖血管平滑肌细胞有促凋亡作用,且有协同作用。当该两药单独使用时促凋亡作用与给药浓度关系不大,但与时间呈正相关。其余3种药均在低剂量时显示一定的促凋亡作用,在高剂量时可抑制凋亡。结果见表1。
表1 六因素六水平直接试验设计方案与实验结果 (10 000=10-7mol/L) 序号
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葛根素
黄芩甙
淫羊藿甙
陈皮甙
香蒲新甙
时间/h
凋亡率/%
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11.8
注:以上每1次实验均重复5次,然后取平均值。
图1 细胞DNA含量的流式细胞仪检测图
A 正常培养组 B IL-1刺激组 C 葛根素组 D 无血清组
3.2 葛根素对增殖VSMC凋亡影响的验证结果
正常培养组(阴性对照)凋亡率为7.5%,IL-1组凋亡率为8.0%,葛根素组凋亡率为17.0%,无血清组(阳性对照)凋亡率为25.0%。结果见图1。
, 百拇医药
3.3 各用药组非毒性作用的依据
相差显微镜下观察给药组与对照组VSMC,形态正常,呈梭形、三角形或不规则形状,未见细胞收缩、漂浮与死亡、胎盘蓝染色显示用药组活细胞数大于90%,与对照组细胞数无明显差异(P>0.05)。
3.4 凋亡细胞的证实
除根据流式细胞图中的AP峰外,在做流式细胞分析前用荧光显微镜观察凋亡小体形成和染色体聚集情况以判断是否细胞凋亡。
5 讨论
血管平滑肌细胞(Vascular Smooth Muscle Cell, VSMC)在动脉粥样硬化(Atherosclerosis, AS)与高血压的病理变化中扮演着十分重要的角色,VSMC的过度增殖是主要环节之一。VSMC分为收缩型和合成型两种表型,收缩型VSMC呈分化状态,不能增殖;合成型的VSMC是去分化的细胞,具有很强的增殖能力。研究表明,在各种刺激因素和生长因子作用下,VSMC可由分化状态转变为去分化状态,并从中膜迁移至内膜,在内膜中大量增殖,并分泌大量基质,成为引起动脉粥样硬化、血管再狭窄、高血压等血管性疾病的重要原因。近年来研究表明,VSMC过度增殖与凋亡调控失衡有密切关系[1~2]。
, 百拇医药
研究者从多种途径试图通过调节或促进VSMC凋亡预防和逆转上述病理改变,从而达到治疗AS、高血压的目的。尽管一氧化氮(NO)和抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸可以促进体外培养的VSMC凋亡,但均未证明其对整体动物模型的治疗作用,通过凋节VSMC凋亡防治AS、高血压的药物还有待进一步研究[3~4]。
中医药在防治AS、高血压等血管性疾病方面积累了丰富的临床经验,并进行了大量的中药化学与药效药理研究,表明中药黄酮类化合物有广泛的心血管生物活性,但仍以总黄酮的研究较多,单体的研究尚少,且大多停留在药效学的研究水平,深入的药理研究及相互作用的研究少见报道[5~7]。
本研究所选的5种黄酮:葛根素、陈皮甙、黄芩甙、淫羊藿甙、香蒲新甙分别是中药葛根、陈皮、黄芩、淫羊藿、蒲黄的主要心血管活性成分之一。以往的研究表明,这5种成分及其原中药均可明显扩张血管、抑制VSMC增殖、亦有不同程度抑制AS的作用[5]。葛根素与淫羊藿甙具有明显的降压作用,有研究表明,与其直接作用于血管有关,这种作用可能与其钙通道的阻断作用有一定关系,但亦不能完全解释[6~8],本研究的结果显示:葛根素与淫羊藿甙在低浓度下(≤10-7mol/L)均可促进VSMC凋亡,且与浓度关系不大,与时间成正相关,最大凋亡率达17.7%;葛根素与淫羊藿甙合用,可能有协同促进VSMC凋亡的作用;其余三药在低浓度下促进VSMC凋亡,高浓度时反而抑制VSMC凋亡。进一步的验证实验亦表明,葛根素(10-7mol/L)的促凋亡率为17.0%(作用48 h)。由此可见,葛根素可促进VSMC凋亡,可能是其扩血管、降血压、抑制AS的机制之一。上述5种黄酮类成分对增殖VSMC凋亡的调节存在协同或拮抗作用,直接试验设计法用于阐明中药有效单体药理作用的交互作用是可行的,可用较少的实验次数获得较多较好的研究结果,较正交设计,均匀设计等有较大的优越性。本研究为从有效单体成分入手,确定明确药效目标,分层次阐明复方配伍关系的思路提供了部分实验依据。
, 百拇医药
中国博士后基金课题(No.1997-6-30),北京市科技新星计划课题(No.952972000)
王伟,男,31岁,医池博士,副研究员,副主任医师.
参 考 文 献
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2,Nishio E, Fukushima K, Shiozaki M, et al. Nitric Oxide Donor SNAP induces apoptosis in smooth muscle cells through cGMP-independent mechanism. Biochemical Biophysical Research Communications, 1996, 221(1): 163
, http://www.100md.com
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4,Tsai JC, Jain M, Hsien CM, et al. Induction of apoptosis by pyrrolidinedithio-carbamate and N-acetylcy-steine in vascular smooth muscle cells. Journal Biological chemistry, 1996, 271 (7): 3667~3670
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8,金昔陆. 葛根素的药理及临床应用. 中国临床药学杂志,1996,5(3):130~132
(收稿日期:2000-01-14), http://www.100md.com