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编号:10258931
bFGF、TGFβ1在心肌细胞肥大中与cAMP、cGMP的关系研究
http://www.100md.com 《第三军医大学学报》 2000年第11期
     作者:罗惠兰 何作云

    单位:罗惠兰(空军总医院心血管内科,北京 100036);何作云(第三军医大学附属新桥医院心血管内科,重庆 400037)

    关键词:心肌肥大;细胞培养;bFGF;TGFβ1

    第三军医大学学报001109

    提 要:目的 探讨碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、转化生长因子β1(TGFβ1)在心肌细胞肥大过程中与cAMP cGMP的关系及意义。方法 分离培养大鼠心肌细胞,分组并使细胞内cAMP或cGMP增加,用放免法检测细胞体积与数量的关系,并用免疫细胞化学及原位杂交技术检测细胞中bFGF、TGFβ1表达的变化。结果 培养细胞中cAMP增加时细胞体积增大,数量比例无变化,bFGF、TGFβ1蛋白及mRNA表达明显增加(P<0.05)。细胞中cGMP增加时细胞体积缩小,数量比例不变,bFGF和TGFβ1蛋白及mRNA表达明显减少(P<0.05)。结论 cAMP、cGMP可能与心肌细胞bFGF、TGFβ1的表达调节有关。cAMP可诱导,而cGMP可抑制心肌细胞bFGF、TGFβ1表达。
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    中图法分类号:R542.2;R977 文献标识码:A

    文章编号:1000-5404(2000)11-1046-04

    Relationship between bFGT,TGFβ1 and cAMP,cGMP in cardiac myocyte hypertrophy in vivo

    LUO Hui-lan,HE Zuo-yun

    (Department of Cardiovascular Diseases,General Hospital of Air Force,Beijing 100036,China)

    Abstract:Objective To explore the relationship and the significance between basic fibrobalst growth factor (bFGF),transforming growth factor β1 (TGFβ1) and cyclic adenosine monophosphate (cAMP),cyclic guanosine monophosphate (cGMP) during the development of cardiac myocyte hypertrophy.Methods Cardiac myocytes were isolated from newborn Wistar rats and divided into control,cAMP and cGMP groups.In control group,the cells were cultivated in serum-free medium.In cAMP and cGMP groups,the cells were cultured in serum-free medium with 8-bromo-cAMP and sodium nitroprusside respectively.The cell volume and amount were measured with radioimmunoassay.The expressions of bFGF and TGFβ1 were determined with immunohistochemical and in situ hybridization methods.Results In cAMP group,the cell volume was increased but the amount was not changed.The expressions of bFGF,TGFβ1 protein and mRNA has a significant elevation compared with those of control group (P<0.05).The increased cGMP induced by the additional sodium nitroprusside made the cells shrink but no change in the amount.The expressions of bFGF,TGFβ1 protein and mRNA were significantly lower than those in control group (P<0.05).Conclusion cAMP and cGMP might be associated with the regulation of bFGF and FGF β1 expressions in cardiac myocytes.cAMP probably enhances while cGMP suppresses the expressions of these two factors.
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    Key words:cardiac hypertrophy;cell culture;bFGF;TGFβ1

    大量研究表明,心肌肥大与心血管病人病死率呈显著正相关,因此,阐明其发病机制已成为心血管病研究的重要课题。动物模型研究发现,心脏血液动力学超负荷(压力/容量超负荷)可刺激心肌细胞分泌多种生长因子,进而通过旁分泌作用诱导心肌细胞肥大[1],其中bFGF、TGFβ1便是两个重要因子,他们在心肌细胞肥大时可能发挥了重要的调控作用[2]。但是,bFGF、TGFβ1在调控心肌细胞肥大过程中与cAMP、cGMP的关系尚未见报道。本研究拟探讨心肌细胞肥大时bFGF、TGFβ1表达与cAMP、cGMP的关系及意义。

    1 材料与方法

    1.1 心肌细胞培养 新生Wistar大鼠(3 d以内),无菌操作下取出心脏,剪除心房,将心室放于0.1%胰蛋白酶中,剪碎后置4 ℃冰箱消化1 h,离心,加入培养液M199(含10%小牛血清)制成细胞悬液,以差速贴壁法获取心肌细胞,接种于12孔板中,37 ℃,5%CO2,温箱中培养,24 h后开始见细胞搏动,4 d时,细胞基本融合,用于试验。
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    1.2 实验分组

    将培养细胞分为对照组、cAMP组和cGMP(硝普钠)组。

    1.2.1 对照组细胞以无血清培养,cAMP组细胞经无血清培养24 h后加入8-Bromo-cAMP(0.1 mmol/L,宝灵曼公司),cGMP组细胞经无血清培养24 h后加入硝普钠(硝普钠为NO供体,可增加细胞内cGMP浓度)(1 mmol/L,北京医科大学病理教研室赠)。48 h时分别加入3H-Leu或 3H-TdR(1 μCi/ml培养基),37 ℃继续培养4 h,然后用液体闪烁仪测定放射性计数(cpm),代表3组细胞3H-leu和3H-TdR的掺入率,每批实验均重复4次。

    1.2.2 对照组细胞以无血清培养,cAMP组细胞经无血清培养24 h后加入8-bromo-cAMP(0.1 mmol/L),cGMP组细胞经无血清培养24 h后加入硝普钠(1 mmol/L),分别于培养30 min,3、24、48、72 h后,3组细胞均用1%多聚甲醛及70%乙醇固定细胞30 min,晾干后-20 ℃冰箱保存。
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    1.2.3 bFGF、TGFβ1免疫细胞化学检测 细胞片用S-P法作bFGF、TGFβ1免疫细胞化学检测(bFGF、TGFβ1抗体及试剂盒购自北京中山公司)、DAB显色,染色强度以(+)表示。

    1.2.4 bFGF、TGFβ1原位杂交检测 bFGF、TGFβ1质粒菌种由军事医学科学院提供,质粒扩增,EcoRⅠ/HindⅢ酶切回收,地高辛(随机引物法)标记cDNA探针,作细胞片mRNA原位杂交,染色强度以(+)表示。

    对免疫细胞化学及原位杂交结果行图像分析(北航医学图像分析管理系统Mias ehe),半定量分析。

    1.3 统计学方法

    结果数据均以±s表示,采用组间t检验进行分析。
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    2 结果

    2.1 cAMP刺激心肌细胞肥大效应的观察

    结果表明,cAMP可诱导培养心肌细胞3H-Leu掺入率显著增加,而对3H-TdR掺入率无明显影响,提示cAMP可明显刺激培养心肌细胞蛋白质合成,诱导心肌细胞肥大,但无促增殖作用(即细胞体积增大,细胞数量比例不增加)。cGMP诱导培养细胞3H-Leu掺入率显著减少,而对3H-TdR掺入率亦无明显影响,提示cGMP可明显抑制培养心肌细胞蛋白质合成,使心肌细胞体积减小,但无抑制增殖作用(即细胞体积减小,细胞数量比例不减少),见表1。

    表1 cAMP、cGMP对心肌细胞3H-Leu和3H-TdR

    掺入率的影响(±s)
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    Tab 1 Effects of cAMP,cGMP on the 3H-Leu and

    3H-TdR incorporation rate in cardiocytes(±s) Group

    n

    3H-Leu(min-1)

    3H-TdR(min-1)

    Control

    4

    280±67
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    221±86

    cAMP

    4

    3 251±573* *

    218±92

    cGMP

    4

    106±54*

    220±87

    *:P<0.05,* *:P<0.01 vs control

    2.2 cAMP诱导心肌细胞肥大或cGMP抑制心肌细胞肥大时bFGF、TGFβ1 mRNA及蛋白表达的变化
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    在培养的对照组心肌细胞中,bFGF蛋白及mRNA水平仅有弱阳性表达,主要分布于细胞浆,加入cAMP后bFGF蛋白及mRNA表达的细胞数及染色强度均明显增加,见图1、2。加入cGMP后结果相反,见图3、4。

    图1 cAMP组心肌细胞bFGF蛋白表达 (S-P×400)

    Fig 1 Expression of bFGF protein in cardiocytes of cAMP group (S-P×400)

    图2 cAMP组心肌细胞TGFβ1 mRNA表达 (ISH×400)

    Fig 2 Expression of TGFβ1 mRNA in cardiocytes of cAMP group (ISH×400)
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    图3 cGMP组心肌细胞TGFβ1表达 (S-P×400)

    Fig 3 Expression of TGFβ1 protein in cardiocytes

    of cGMP group (S-P×400)

    图4 cGMP组心肌细胞bFGF mRNA表达 (ISH×400)

    Fig 4 Expression of bFGF mRNA in cardiocytes

    of cGMP group (ISH×400)

    图像分析结果,示培养细胞中加入8-溴-cAMP后bFGF蛋白水平的表达明显高于对照组,药物效应、时间效应、药物与时间交互效应均有显著差异(P<0.05)。加入硝普钠(cGMP增高)组bFGF蛋白水平表达明显少于对照组,药物效应、时间效应、药物与时间交互效应差异有显著性(P<0.05)。升高细胞内cAMP浓度,bFGF mRNA表达明显高于对照组(P<0.01)。升高细胞内cGMP浓度,bFGF mRNA表达明显低于对照组(P<0.01),尤以48 h明显。TGFβ1蛋白表达与bFGF有相似的结果,见图5~7。
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    图5 bFGF蛋白表达的定量分析

    Fig 5 Image analysis of basic fibroblast growth factor

    protein expression (±s,n=5)

    *:P<0.05,* *:P<0.01 vs control

    图6 bFGF mRNA表达的定量分析

    Fig 6 Image analysis of basic fibroblast growth factor
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    mRNA expression (±s,n=5)

    *:P<0.05,* *:P<0.01 vs control

    图7 TGF mRNA表达的定量分析

    Fig 7 Image analysis of TGF mRNA expression (±s,n=5)

    *:P<0.05,* *:P<0.01 vs control

    3 讨论
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    在心肌肥大的发病学中,血液动力学作用最早为人们所重视,压力和/或容量超负荷引起心室壁张力增高的多种刺激均可导致心肌细胞肥大,一般认为成年心肌细胞已丧失分裂增殖能力[3]。心脏对于急、慢性血液动力学改变的应激主要通过增加原有细胞的蛋白质合成及细胞肥大和细胞外基质增加来实现[4]。因此,心肌肥大的实质是蛋白质合成能力增强。有关压力超负荷与心肌细胞肥大蛋白合成能力之间的第二信使联系已有初步研究。大量研究证实,cAMP-蛋白激酶A(PKA)系统是介导机械刺激心肌细胞肥大的第二信号途径之一[5,6],Riva等[7]加入8-Bromo-cAMP至培养的鼠皮层星状神经胶质细胞中bFGF mRNA表达增高,提示bFGF基因受cAMP调控。本研究结果表明,8-Bromo-cAMP刺激心肌细胞代谢活力升高,3H-Leu掺入率显著增加,在心肌细胞肥大的同时,bFGF、TGFβ1表达也显著升高,而cGMP起抑制作用。
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    本研究结果提示心肌细胞确能表达bFGF、TGFβ1,并且这种表达与超负荷后心肌cAMP信号系统活动有关。因此推测bFGF、TGFβ1也可能以类似方式参与人体心肌肥大的病理过程,其发生顺序是压力或容量超负荷-心肌细胞内第二信号系统活化-bFGF、TGFβ1表达,通过旁分泌途径-细胞内蛋白质合成增加-细胞肥大及心肌间质纤维化,而cGMP可抑制该过程,因此推测高血压病心肌细胞在压力超负荷中可用硝普钠等NO供体类药升高心肌细胞内cGMP浓度,预防心肌肥大的发生。

    基金项目:国家自然科学基金资助项目(39600041)

    作者简介:罗惠兰(1960-),女,贵州省贵阳市人,硕士,主治医师,主要从事心肌肥厚的发病机制及其防治方面的研究。

    参考文献:

    [1]何作云,冯 兵,周小波,等.急性压力超负荷心脏局部碱性成纤维细胞生长因子和肾素血管紧张素系统的变化及意义[J].中华心血管病杂志,1999,27(1):64-67.
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    [2]Gray M O,Long C S,Kalinyak J E,et al.Angiotensin Ⅱ stimu-lates cardiac myocyte hypertrophy via paracrine release of TGF-β1 and endothelin-1 from fibroblasts[J].Cardiovasc Res,1998,40(2):352-363.

    [3]Mann D L.Load induction of cardiac hypertrophy[J].J Mol Cell Cardiol,1989,21(Suppl Ⅲ):S11-S30.

    [4]Morkin E.Replacement of myosin during development of cardiac hypertrophy[J].Circ Res,1974,35(Suppl Ⅱ):S37-S48.
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    [5]Gupta M,Gura M A.Cardiac hypertrophy:Old concepts,new perspectives M01 cell[J].Biochem,1997,176(1-2):273-279.

    [6]Osaki J,Haneda T,Sakai H,et al.cAMP-mediated c-fos expression in pressure-overload acceleration of protein synthesis in adult rat heart[J].Cardiovasc Res,1997,33(3):631-640.

    [7]Riva M A.Molteui R.L-deprenyl potentiates cAMP-induced elevation of FGF-2 mRNA levels in rat cortical astrocytse[J].Neuroreport,1997,8(9-10):1265-1268.

    收稿日期:2000-03-02

    修回日期:2000-10-31, http://www.100md.com