1-磷酸鞘氨醇通过提高心脏...压力负荷诱导的小鼠心力衰竭_杨星.pdf

中国病理生理杂志 Chinese Journal of Pathophysiology 2023，39（2）：193-203杂志网址：http:/1-磷酸鞘氨醇通过提高心脏微血管密度缓解压力负荷诱导的小鼠心力衰竭*杨星，陈铿铨，汪璐芸，蒋建刚（华中科技大学同济医学院附属同济医院心血管内科，心血管病遗传与分子机制湖北省重点实验室，湖北 武汉 430030）摘要 目的：探究1-磷酸鞘氨醇（sphingosine-1-phosphate，S1P）通过调节心脏微血管密度对压力负荷诱导的小鼠心力衰竭的作用及相关机制。方法：将 8周龄的雄性 C57BL/6小鼠随机分为 4组：假手术（sham）组、sham+2-乙酰基-5-四羟基丁基咪唑（2-acetyl-5-tetrahydroxybutyl imidazole，THI；S1P裂解酶抑制剂）组、主动脉弓缩窄术（transverse aortic constriction，TAC）组和TAC+THI组。TAC手术后1周给予THI灌胃处理，实验终点检测各组小鼠血浆和心脏匀浆组织中S1P水平；心脏超声和Millar导管检测心功能；HE染色检测各组小鼠心脏肥大程度，Masson染色观察各组小鼠心脏间质和管周纤维化程度，CD31和麦胚凝集素免疫荧光染色观察各组小鼠心肌细胞横截面积和心脏微血管密度；RT-qPCR 检测心房钠尿肽（atrial natriuretic peptide，ANP）、脑钠肽（brain natriuretic peptide，BNP）、I型胶原蛋白（collagen type I）、III型胶原蛋白（collagen type III）、CD31、血管性血友病因子（von Willebrand factor，vWF）和血管生成素1（angiopoietin 1，Ang1）的mRNA表达水平；Western blot检测各组小鼠心脏组织中血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、VEGF受体（VEGF receptor，VEGFR）、磷酸化VEGFR、蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/Akt）和磷酸化Akt的蛋白水平。结果：TAC小鼠体内S1P水平明显降低，给予THI可显著升高小鼠血浆和心脏匀浆组织中S1P水平。S1P能显著改善心衰小鼠心功能，减轻心肌肥大和纤维化表型，抑制ANP、BNP、collagen type I和collagen type III的表达，上调血管内皮标志物CD31、Ang1和vWF的表达，激活VEGF-VEGFR-Akt信号通路，促进心脏微血管生成。结论：S1P通过VEGF-VEGFR-Akt信号通路提高心衰小鼠心脏微血管密度，从而缓解压力负荷诱导的心力衰竭。关键词 1-磷酸鞘氨醇；心力衰竭；心脏肥大；心脏微血管密度中图分类号 R541；R363.2 文献标志码 A doi：10.3969/j.issn.1000-4718.2023.02.001Sphingosine-1-phosphate alleviates pressure overload-induced heart failure via increasing cardiac microvascular densityYANG Xing，CHEN Kengquan，WANG Luyun，JIANG Jiangang（Division of Cardiology，Department of Internal Medicine，Tongji Hospital，Tongji Medical College，Huazhong University of Science and Technology，Hubei Key Laboratory of Cardiovascular Disease Genetics and Molecular Mechanism，Wuhan 430030，China.E-mail：）ABSTRACT AIM：To investigate the effect of sphingosine-1-phosphate（S1P）on pressure overload-induced heart failure in mice，and to explore its mechanism.METHODS：Eight-week-old male C57BL/6 mice were randomly divided into 4 groups：sham group，sham+2-acetyl-5-tetrahydroxybutyl imidazole（THI；an S1P lyase inhibitor）group，transverse aortic constriction（TAC）group，and TAC+THI group.The THI was administered by gavage one week after TAC surgery.The S1P level in the plasma and heart were measured by ELISA.Cardiac function of mice was detected by echocardiography and Millar catheter.Cardiac hypertrophy was observed by HE staining.Immunofluorescence staining of CD31 and wheat germ agglutinin was used to indicate the cross-sectional area of cardiomyocytes and cardiac microvascular density.Cardiac fibrosis was evaluated by Masson staining.The mRNA expression levels of atrial natriuretic peptide 文章编号 1000-4718（2023）02-0193-11 收稿日期 2022-07-25 修回日期 2022-11-02*基金项目 国家自然科学基金资助项目（No.81873505）；湖北省自然科学基金资助项目（No.2018CFB552）通讯作者 Tel：027-83663607；E-mail： 论著 193（ANP），brain natriuretic peptide（BNP），collagen type I，collagen type III，CD31，angiopoietin 1（Ang1）and von Willebrand factor（vWF）were detected by RT-qPCR.The protein levels of vascular endothelial growth factor（VEGF），VEGF receptor（VEGFR），phosphorylated VEGFR，protein kinase B（PKB/Akt）and phosphorylated Akt were determined by Western blot.RESULTS：The ELISA results showed that plasma and heart S1P levels were decresed in TAC mice，while THI increased S1P levels in plasma and heart.Treatment with THI improved cardiac function of mice with heart failure.Compared with TAC group，THI increased cardiac microvascular density，while the cross-sectional area of cardiomyocytes was reduced.Masson staining revealed that S1P attenuated myocardial collagen deposition in TAC mice.The RT-qPCR results showed that S1P inhibited the expression of ANP，BNP，collagen type I and collagen type III，but up-regulated the expression of vascular endothelial makers CD31，Ang1 and vWF.Western blot results indicated that S1P activated VEGF-VEGFR-Akt signaling pathway.CONCLUSION：The S1P increases cardiac microvascular density via activation of VEGF-VEGFR-Akt signaling pathway，thus alleviating pressure overload-induced heart failure in mice.KEY WORDS sphingosine-1-phosphate；heart failure；cardiac hypertrophy；cardiac microvascular density心力衰竭是各种心血管疾病的终末期表现，由于其发病率、住院率以及死亡率居高不下，给全世界的临床和公共卫生系统带来了严重的经济负担1，现有的治疗方法和疗效有限，新的治疗方案亟待开发。随着社会人口的老龄化，高血压、心脏瓣膜退行性变等压力超负荷是引起心肌肥大、心力衰竭的主要原因之一2。病理性心肌肥大的程度与心脏微血管密度密切相关3。在压力负荷增加的早期，主要表现为向心性心肌肥大，心脏微血管生成正常或增加，维持着肥大心肌的营养和氧耗，射血分数保留；随着压力负荷时间延长，心肌细胞凋亡、坏死，室壁厚度逐渐变薄，心脏微血管密度下降，进一步导致心肌组织持续缺氧，心肌细胞坏死、心脏纤维化、室壁僵硬、心功能下降，最终进展为射血分数下降的心力衰竭3-5。Sano等6在慢性压力负荷诱导的心力衰竭小鼠模型中发现，心力衰竭小鼠心脏中p53蛋白累积，并通过减少缺氧诱导因子1表达抑制心脏微血管生成，因此加剧心衰进展。心脏微血管生成由多种血管生成因子调节，如血管内皮生长因子家族（vascular endothelial growth factors，VEGFs）、血管生成素1/2（angiopoietin 1/2，Ang1/2）7、成纤维细胞生长因子家族（fibroblast growth factors，FGFs）8、血小板 源 性 生 长 因 子 家 族（platelet-derived factors，PDGFs）9等，其中VEGFs在心脏微血管生成过程中起着主要作用10。上述研究表明，促进心脏微血管生成有望延缓甚至逆转慢性心力衰竭的进展11。1-磷酸鞘氨醇（sphingosine-1-phosphate，S1P）是细胞膜鞘磷脂在代谢过程中产生的一种具有多种生物学活性的小分子磷脂类物质，可在胞外刺激作用下，由S1P激酶1/2（S1P kinase 1/2，SPHK1/2）催化鞘氨醇（sphingosine）磷酸化生成，主要经血管内皮细胞、红细胞和血小板合成并分泌到胞外，参与调节多种心血管系统疾病12-14。S1P 裂解酶（S1P lyase，SPL）参与了S1P主要的降解过程，被认为是调控S1P水平的关键酶15。SPL在应激情况下激活，Bandhuvula等16发现，在缺血性心衰模型中SPL活性上调