实验性糖尿病心肌病中半胱氨酸酶-3的表达

李冬梅,宓宇仙*,倪劲松,杨 柳

(1.吉化集团公司总医院 特诊科,吉林吉林132022;2.吉林大学白求恩医学院,吉林 长春130021)

1974年Hamby等[1]通过进一步病理研究首次提出了糖尿病心肌病的概念。糖尿病心肌病是一个独立的糖尿病并发症,其发病与高血压、冠状动脉疾病或其他已知心脏疾病无关,是糖尿病发病过程中特异性的心肌受损和心脏功能改变,可不伴有缺血性病变、血管病变及高血压等并发症,临床以左心室肥厚和舒张功能不全为主,随着病程进展出现收缩功能不全[2]。实验证明在糖尿病动物模型中存在心肌细胞凋亡[1,3]。因此细胞凋亡在糖尿病心肌病变中所起的作用是日益被专家学者重视。本实验通过实验性糖尿病心肌病大鼠模型,观察糖尿病心肌病时caspase-3的表达情况。

1 材料和方法

1.1 糖尿病动物模型的制备及分组

清洁级健康Wistar雄性大鼠16只,鼠龄5-6个月,体重200±20 g,由吉林大学基础医学院实验动物中心提供(中心许可证号:SCXK吉 2003-001)。常规喂养一周后随机分成对照组(6只)和糖尿病组(10只)。糖尿病组大鼠以60 mg/kg剂量一次性腹腔注射STZ溶液(用0.1 mol/l、PH=4.4的枸橼酸盐缓冲液配制),正常对照组大鼠注射等体积的枸橼酸盐缓冲液。注射后48 h取尾静脉血,测血糖、尿糖情况;并定期随机用血糖试纸监测血糖的变化。12周后处死大鼠,切取心室肌组织进行形态学观察及免疫组织化学染色。注射STZ糖尿病组大鼠在48小时检测血糖值均＞16.7 mmol/L,尿糖(+++-++++)。其中糖尿病组有一只大鼠极度消瘦死亡。

1.2 免疫组织化学S-P染色

光镜下caspase-3表达主要位于细胞质和/或细胞核,以黄色、棕色、棕褐色为阳性表达,其表达结果由染色细胞数评判:分别随机观察每例高倍镜(×400)下5个视野,计算阳性细胞数与总细胞数百分比。

1.3 统计学分析

采用SPSS11软件,应用 t检验,χ2检验处理数据,实验结果用s表示。

2 结果

免疫组化染色结果:caspase-3表达主要位于细胞质和/或细胞核,糖尿病组阳性表达率明显高于对照组,P＜0.000 1,具有统计学意义。见表1。

表1 糖尿病组与对照组caspase-3表达阳性率比较

3 讨论

细胞凋亡又称细胞程序性死亡,是由一系列基因调控的细胞自主的死亡过程。细胞凋亡的过程受多种基因调控,表现为凋亡信号通路的启动和相关基因的表达[4]。糖尿病患者在无明显微血管病变时也可出现心力衰竭,表明糖尿病患者心肌细胞本身可以发生结构和功能改变,提示有心肌病的可能[2]。Cai等[5]报道在糖尿病患者和动物模型中都可观察到心肌细胞死亡。研究表明在哺乳动物细胞凋亡过程中天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶(caspases)家族的激活起关键作用。细胞凋亡过程实际上是caspase不可逆有限水解底物的级联放大反应过程。

目前认为caspase是一切凋亡信号传导的共同通路,各种caspase如同凝血因子一样”瀑布式”层层激活,最终引发细胞凋亡[6]。Caspase-3是 caspase家族中比较重要的一员,它能分解细胞蛋白,起凋亡执行器的作用。已有的研究表明,caspase-3是细胞凋亡蛋白酶级联反应中的“核心”蛋白酶,也是凋亡发生的标志酶[7]。caspase-3的作用主要包括:(1)消化破坏细胞内多种蛋白酶复合体;(2)激活内核酸酶,造成DNA裂解破坏形成DNA片断;(3)通过特异地消化ATPase4b亚基,破坏细胞钙泵功能,造成细胞内钙超载,上述作用的综合结果造成细胞不可逆性损伤,形成凋亡[8]。

本实验观察了Caspase-3的表达情况,结果显示:caspase表达于心肌细胞胞质和细胞核,对照组心肌细胞caspase-3表达弱,阳性表达率为9.94%;糖尿病组心肌细胞caspase-3呈强阳性表达,阳性表达率92.42%,明显高于对照组。说明caspase-3参与了心肌细胞的凋亡。因此心肌细胞凋亡可能是导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 华.心肌损害与糖尿病相互关系的探讨[J].放射免疫学杂志,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.