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妮可优质德国,帕特里夏·位胡里奥·布里托,Karem Arriaza,爱德华多·佩纳汉斯·克洛泽,法比奥Leon-Velarde, Rainer沼泽, ”长期慢性间歇性低比重的大鼠缺氧导致的不平衡不对称Dimethylarginine /一氧化氮通路和ROS活动:高原肺动脉高压的可能的协同机制?”,肺药, 卷。2016年, 文章的ID6578578, 9 页面, 2016年。 https://doi.org/10.1155/2016/6578578
长期慢性间歇性低比重的大鼠缺氧导致的不平衡不对称Dimethylarginine /一氧化氮通路和ROS活动:高原肺动脉高压的可能的协同机制?
文摘
慢性间歇性低氧(CIH)和慢性缺氧(CH)与高海拔相关肺动脉高压(HAPH)。不对称dimethylarginine (ADMA),没有合酶(NOS)抑制剂,可能导致HAPH。本研究评估ADMA /不通路的变化和底层机制暴露后大鼠肺CIH或CH模拟低比重的室428托。24成人Wistar鼠随机分为三组:CIH2x2 normoxia缺氧/ 2天(2天),CH,和NX(永久normoxia), 30天。所有的分析整个肺组织。分析了精氨酸和ADMA使用质/ MS。两个缺氧条件下观察右心室肥大()和内皮NOS mRNA增加(),但是磷酸化/ nonphosphorylated vasodilator-stimulated磷蛋白质(VASP)比例不变。ADMA增加(),而dimethylarginine dimethylaminohydrolase (DDAH)活动只有在减少CH ()。虽然精氨酸酶活性增加()和精氨酸表现出没有变化,精氨酸/ ADMA比率显著降低()。此外,NOX4表达式只有在增加CH (),但丙二醛(MDA)增加(2倍)同样在CIH2x2和CH ()。我们的研究结果表明,ADMA和氧化应激可能减少没有以高度缺氧生物利用度,这意味着更大的肺血管反应性和语气,尽管CIH下的效果观察。
1。背景
工作在高海拔和休息在海平面多年来揭露人类一个不同寻常的labor-related条件称为长期慢性间歇性低比重的缺氧(CIH) [1]。暴露在高海拔导致动脉氧饱和度降低,反过来,可能引起各种病理生理后遗症取决于这是急性或慢性暴露。两个急性和慢性暴露引起肺动脉高血压,增加血液中血红蛋白含量(2]。因此,低比重的低氧诱导肺动脉高血压(HAPH)是一个有关问题,影响人口的生活和工作在高海拔地区,比如那些在安第斯地区和喜马拉雅高原,患病率不同10至15% (3]。
CIH可能导致肺的变化一样CH (4),但慢性间歇性低氧暴露与间歇劳工在高海拔没有彻底研究。肺动脉高血压的患病率高达4%已经被报道在受试者暴露于长期慢性间歇性低氧(5]。因此,试图理解的复杂性的分子机制参与长期CIH-related肺血流动力学变化可能导致的病理生理学基础澄清和其他形式的hypoxia-associated肺部疾病。
的一分子,在调节血管舒缩功能中扮演着重要角色在缺氧条件下一氧化氮(NO) [6]。不,这是来源于内皮细胞,通过刺激可溶性guanylyl扩张几乎所有类型的血管环化酶(国网公司),导致环磷鸟苷增加平滑肌细胞(7]。不对称dimethylarginine (ADMA)是一个竞争的一氧化氮合酶(NOS)抑制剂,已被确定为一个监管机构没有生产体内(5]。ADMA是由精氨酸残基的dimethylation随后公布的精氨酸甲基转移酶和蛋白水解作用[8]。里昂et al。9首次报道,内生ADMA抑制体外endothelium-dependent血管舒张。几乎80%的ADMA退化由一群水解酶被称为dimethylarginine dimethylaminohydrolases (DDAHs) [8]。两种亚型的DDAHs, DDAH1 DDAH2,是已知的和有不同的组织分布及其降解ADMA的能力。目前,DDAH正在调查中作为一个新颖的治疗目标直接调节ADMA浓度,间接调节没有(10]。
人们普遍认为缺氧与高负担的氧化应激有关。除了许多精氨酸/不通路之间的相互作用和氧化应激,ADMA / DDAH通路和之间的相互作用也存在氧化应激(11]。然而,ADMA /不通路的作用在hypoxia-associated慢性呼吸道疾病仍有争议12]。我们最近观察到显著增加ADMA血浆从志愿者暴露于慢性间歇性低氧和高海拔地区的居民13]。
为了获得更广泛的观点ADMA /不通路的变化在长期慢性间歇性低氧与CH相比,本研究旨在评估ADMA /不通路的变化,底层肺分子机制和潜在的与其他分子的相互作用,如活性氧,在肺组织作为诱导肺动脉高压是一种可能的解释。
2。方法
2.1。CIH大鼠模型
24成年Wistar鼠(3个月)是用于实验。老鼠被随机分配到三组:CIH2x2 (;2天的低比重的缺氧normoxia) / 2天,CH (;持续低氧)和NX (;永久normoxia, 30天;这只老鼠模型的长期慢性间歇性低氧暴露之前一直用于研究高海拔的变化(14,15])。模拟地理高海拔,老鼠被保存在一个低比重的室428托,相当于海拔4600 m,在大学阿图罗屁股设施。30天的接触后,老鼠麻醉与氯胺酮0.8毫克/公斤,受到致命的麻醉下开胸。肺组织是snap-frozen mRNA和蛋白分离以及测量精氨酸,ADMA和酶活性。所有的测量,除了生理参数,在肺组织进行。
这个协议是由大学的伦理委员会批准Arturo屁股,和动物兽医护理下根据国际协议和处理。
2.2。生理测量
右心室肥大的程度(RVH)估计的计算比右心室/左心室+隔膜(RV / LV + S)根据(16]。体重测量使用Acculab v - 1200®(美国芝加哥,IL)电子天平1 h后室后裔。血压和心率测量,一个充气tail-cuff和压力传感器(rtbp1003 - 220;美国肯特科学®,托灵顿校区,CT)之前验证后使用方法(17]。数据收集和分析使用rtbp ds - 001表(美国肯特科学、托灵顿校区,CT)。的比容测定血液收集通过尾静脉穿刺在基线和后30天的干预。一个股份公司®(德国汉堡)微型离心机是用来测量比容水平和血红蛋白水平测定用库尔特电子计数器,细胞动力学3700®,雅培®(美国加利福尼亚州圣克拉拉)。
2.3。测量精氨酸和ADMA
质谱测定精氨酸和ADMA肺组织进行如前所述使用完全验证了高通量的液相色谱/串联质谱(质/ MS)测定(18,19]。总之,使用96 - 0.20样本进行了分析μ与40 m微量过滤板预镀pmol [2H6]adma和L - 800 pmol [2H7]-L-arginine(内部标准)。转换他们的丁酯衍生品后,分析物进行评估在瓦里安1200 l三重四极®女士(美国瓦里安,核桃溪市,CA)正电喷雾电离(ESI +)模式。精氨酸/ ADMA比率,这被认为是一个强大的指标号基质可用性计算(20.]。
2.4。DDAH活性
DDAH活性在肺组织决心如前所述21]。总之,组织样本均质在PBS蛋白酶抑制剂可能从内生形成ADMA时干扰降到最低。匀浆是离心机在预冷(4°C)在12000×g离心5分钟。Fifty-microliter整除的上层清液添加了50μ包含20 L整除的PBSμ米(2H6在37°C) adma,孵化60分钟。反应是停止了,2H6)adma由质/ MS如上所述。
2.5。精氨酸酶活性
精氨酸酶活性测定使用尿素测定精氨酸转化成尿素。肺组织样本(30毫克)均质使用缓冲区里帕(均质器Glas-Col®,泰瑞豪特,在美国),然后在4000转离心2分钟/冰在4°C。激活精氨酸酶,组织加热在55°C (Tembloc PSELECTA®, Unitronic,奥兰多,佛罗里达州,美国)的75年μL缓冲区(50毫米Tris-HCl MnCl 10毫米2为10分钟)。精氨酸水解是通过孵化与50μL精氨酸(0.5 M, pH值9.7)37°C 1 h。停止反应,400μL酸混合物(H2所以4:H3阿宝4:H2啊,1:3:7)补充道。尿素测定是由分光光度法(液体GENESYS 6®,麦迪逊,WI,美国)在540 nm,之后的25μL (α-isonitrosopropiophenone绝对乙醇(9%),其次是在100°C加热45分钟。
2.6。测量硫代巴比土酸活性物质/丙二醛
肺组织(50毫克)均质(均质机Glas-Col,泰瑞豪特,美国)在4000转2分钟,在冰里帕缓冲区。一百毫升的均质组织被整除成无菌管结合200μL(三氯乙酸(TCA)试剂和彻底混合。混合后,样本离心机,享年2200岁g在4°C为15分钟。上层清液的吸光度测量在532海里。后增加200μL(硫代巴比土酸(稍后通知,0.67%),样品是30分钟加热到100°C。丙二醛(MDA)浓度计算分光光度法(532海里)(液体GENESYS 6,麦迪逊,WI,美国)。
2.7。实时PCR(存在)
对于存在分析,肺组织的总RNA被均质化孤立RNAzol试剂(足总。Biozym, Hessisch Oldendorf,德国)。反转录进行使用RevertAid H负链cDNA合成装备(热科学®,沃尔瑟姆,妈,美国)根据制造商的建议。执行中存在TaqMan 9700 ht系统(美国罗氏®,印第安纳波利斯)和一个安捷伦Stratagene Mx3000P实时PCR系统(美国圣克拉拉,CA)使用Maxima®SYBR绿/火箭qPCR大师混合(美国马热科学、沃尔瑟姆)。对大鼠寡核苷酸引物的序列设计基于NCBI基因库。额外的文件1中的qPCR引物序列提出了在网上补充材料http://dx.doi.org/10.1155/2016/6578578。
2.8。免疫印迹
免疫印迹分析根据标准协议使用单克隆抗体vasodilator-stimulated磷蛋白质(VASP)。磷酸化VASP活性蛋白质(pVASP Ser239)和nonphosphorylated VASP(细胞信号技术®,丹弗斯、马、美国;# 3112和# 3114)测量,pVASP / VASP比率计算的间接测量sGC-dependent没有活动。此外,的水平dimethylarginine dimethylaminohydrolases (DDAH1和DDAH2)测定。作为一个内部表达式控制,真核起始因子4 e (elF4E) C46H6(细胞信号技术,丹弗斯、马、美国;使用# 2067)(22]。简而言之,肺组织中均质裂解缓冲含有十二烷基硫酸钠和蛋白酶抑制剂鸡尾酒(完整的超平板电脑,罗氏诊断®,印第安纳波利斯,美国)。提取含有等量的蛋白质变性和分离10%聚丙烯酰胺凝胶电泳(sds - page)。分离后,蛋白质转移到硝酸纤维素(Protran BA85;绘画纸®,通用电气医疗集团、费尔菲尔德美国CT)与相应的初级抗体和孵化后与适当的辣根过氧化物酶(合)共轭二次抗体。蛋白质片段是可视化使用增强化学发光(ECL)检测设备(皮尔斯®,ECL免疫印迹基质;美国热费希尔科学®,罗克福德,IL)。相对量化进行了使用微技术(GeneSnap®;SynGene、天气学、英国剑桥)。
2.9。数据分析
使用SPSS 17.0分析结果(SPSS, Inc .®,芝加哥,美国)。意味着、标准差、标准错误,并为每个参数计算置信区间。建立了正常使用Kolmogorov-Smirnov测试,所有数据是正态分布。统计分析执行所有测试条件的差异用单向方差分析(方差分析)和后获得一个比< 0.05。Bonferroni事后测试来确定执行三组之间的差异。此外,不同的时间,重复测量方差分析。ADMA的相关分析和生理结果,单侧参数使用皮尔逊相关性。结果被认为是重要的值小于0.05。
3所示。结果
3.1。大鼠生理测量
两个缺氧组与NX相比体重组(),减肥是CH大老鼠(表1)。剩余的食物只有在实验的第一天。正如所料,比容增加缺氧组(),在CH大鼠()(表1)。CH组的收缩压显著增加(与毫米汞柱;),而这个值保持稳定在NX (与毫米汞柱)和CIH2x2 (与毫米汞柱)组。显著变化的心率没有检测到任何组。
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3.2。右心室肥大比(RVH)
CH和CIH2x2展出一个RVH,表示为RV / LV + S比率。大鼠暴露于CIH2x2显示比例略低于CH老鼠(;图1)。
3.3。的形成和sGC-Dependent活动
(尽管进步提高三倍CIH2x2和8倍CH)在内皮NOS(以挪士)mRNA表达(;图2(一个))在肺组织,pVASP总VASP不变的比率在缺氧组(NS;图2 (b))。号衬底的可用性,这与mRNA表达和精氨酸酶的活性,这些酶负责降解精氨酸,也受到缺氧的影响。肺组织的相对__arg1 mRNA表达水平是增加在CH (;图2 (c)),而最长展出一个无意义的增加趋势下的老鼠缺氧(图的两种形式2 (d))。尽管只有边际mRNA表达的差异,精氨酸酶活性明显增加在缺氧(CIH2x2和CH(图),没有差异2 (e))。然而,精氨酸在肺组织浓度不受缺氧(图3(一个)),而精氨酸/ ADMA比率降低了根据缺氧程度(;图3 (b))。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(一)
(b)
3.4。ADMA形成和退化
很明显,肺组织缺氧增加ADMA浓度(CIH2x2;CH图,但CIH2x2产生中间值4(一))。DDAH的肺部组织活动只有在CH减少大鼠(;图4 (b))。相对DDAH1 mRNA和蛋白水平并没有改变在缺氧组(NS;数据4 (c)和4 (e))。相反,DDAH2 mRNA表达显著增加(),而DDAH2 CH组蛋白表达略有下降(;数据4 (d)和4 (f))。这一发现与DDAH活性的结果。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
3.5。ADMA的相关性和生理的结果
经过30天的慢性缺氧ADMA收缩压呈正相关,(表2),而在CIH没有相关信息的状态。相比之下,心率是负相关ADMA 30天后的CIH而CH见(表没有关联2)。
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3.6。NADPH活动和氧化应激在缺氧
CH NADPH亚基NOX4 mRNA表达增加(),而在CIH2x2,从观察normoxia(图没有区别5(一个))。肺内的MDA浓度增加了2倍,在缺氧条件下(他们之间没有显著差异(NS)(图5 (b))。
(一)
(b)
4所示。讨论
我们的研究有七个主要发现:(1)在两个缺氧条件下,大鼠中度RVH开发。(2)以挪士表达增加长期CIH2x2和CH,但没有激活国网公司的没有。(3)精氨酸浓度是影响尽管都缺氧条件下,精氨酸酶活性增强。(4)在肺增加ADMA浓度长期CIH2x2和CH由于低氧诱导减少CH DDAH活动。(5)ADMA浓度与收缩压呈正相关,在长期CH。(6)缺氧条件导致了强劲增长为氧化应激生物标志物。(7)CIH和CH表现出类似的效果,但他们或缺席CIH组低。
缺氧性肺血管收缩反应(HPV)发生在缺氧(23]。如果持续这种接触,随后肺动脉血管重建的发展,导致肺血管阻力增加,导致RVH的低氧诱导肺动脉高压,导致过早死亡(24- - - - - -27]。与这些研究一致,我们观察到RVH的缺氧组,虽然在CIH2x2 RVH更温和,如前所述[14]。内皮的分子机制涉及上游组件没有下游通路和机制导致氧化应激的平滑肌细胞(28,29日]。
因此,血管对缺氧是至关重要的,内皮细胞起着至关重要的作用。具体来说,内皮血管舒张药的一个主要来源是否定的。
我们目前的研究显示,以挪士mRNA表达增强在缺氧。然而,以挪士mRNA表达的增加并没有导致海拔NO-activated sGC-dependent活动表示为pVASP / VASP比率(一种间接测量NO-activated sGC-dependent活动)(30.,31日]。有几种可能的解释这一结果。
首先,减少DDAH CH观察大鼠肺的活动,导致增加ADMA组织浓度。有趣的是,减少DDAH活性似乎只在DDAH2依赖。虽然我们最近表明,DDAH1 ADMA的同种型基因(32的影响),DDAH2 ADMA似乎增加了患病的状态,这与我们的研究结果是一致的。随后,作为ADMA取代精氨酸(NOS衬底)结合位点的号,从而导致竞争抑制NOS,低衬底可用性不可能发生。这可能是由一个低氧诱导减少发现精氨酸/ ADMA比率,NOS衬底可用性的指标(20.)ADMA的相关性和收缩压指向一个系统性的内皮功能障碍。
第二,增加低氧诱导氧化应激发生时,可以在增强NOX4 mRNA的表达。NOX4主要表达于血管平滑肌细胞(VSMCs)和VSMCs NADPH氧化酶活动在很大程度上是依赖NOX4 mRNA表达(33]。此外,在低氧的情况下,超氧化物自由基产生,提高脂质过氧化作用。众所周知,超氧化物radical-mediated没有退化变弱刺激cGMP的能力和潜在的有益的行为没有对肺动脉血管舒张(34]。
因此,在这项研究中,CIH和CH导致MDA水平明显增加与增加NOX4 mRNA表达只在CH老鼠,这一阵超氧化物自由基。这些结果是重合的,没有生物利用度,增加超氧化物阴离子减少大鼠肺动脉共焦显微镜观察到(35]。此外,MDA也可能抑制DDAH活性,作为4-HNE之前证明(4-hydroxy-2-nonenal) [36]。这种效应也可以解释为什么我们的结果表明DDAH活性降低。
精氨酸是由精氨酸酶转化成L-ornithine,从而减少其可用性作为NOS衬底。据报道,精氨酸酶最近各种肺部疾病的发病机制中扮演很重要的角色(37]。大幅增加肺精氨酸酶活动在我们的结果得到了明确的论证,增加并没有同等的精氨酸减少紧随其后。有趣的是,只有我基因表达显著增加,精氨酸酶对碘氧基苯甲醚二精氨酸酶异构体表达呈上升趋势。后者与前一个报告显示不一致的增加精氨酸酶II CIH同种型,但使用不同的方法和测量技术(38]。因此,考虑到精氨酸/ ADMA比率的结果,我们可以推测,尽管展品精氨酸浓度几乎没有变化,这个底物的生物利用度是不平衡或受损。
我们的研究有一些局限性。我们使用RVH,作为一个公认的间接标志在肺循环压力增加。由于增加NOX4 mRNA表达和MDA生成,我们推断ROS的上升,但是我们没有直接测量ROS。而不是直接测量没有,我们使用了一个建立了间接测量通过确定pVASP / VASP比率。此外,所有的测量是在全部肺匀浆,这可能不能代表什么特别发生在肺内皮。然而,我们的大多数结果是与那些已经分别描述一致,而我们试图描述这些变化影响范围更广、更综合的照片在肺长期慢性间歇性低氧暴露。
5。结论
这个观察研究发现,长期CIH和CH的老鼠没有途径导致失衡,ADMA和氧化应激可能是肺血管功能受损负责通过抑制或削弱信号转导(内皮功能障碍)。都导致缺氧条件类似的影响在肺部没有信号,但CIH更为有限或对某些参数没有影响。ADMA的临床相关性和DDAH和他们的角色在CIH缺氧肺动脉高压的发展仍有待确定,打开一个新的研究领域的生物标记物或药物靶点HAPH或其他肺缺氧的条件。
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
妮可优质德国,帕特里夏·位和胡里奥·布里托和协调进行调查,实验,统计分析解释和起草。Karem Arriaza,爱德华多·佩纳和汉斯·克洛泽和解释实验进行。法比Leon-Velarde Rainer h .沼泽和辅助设计和解释的结果。所有作者阅读和批准了期末论文。帕特里夏·尼科尔·优质德国位,胡里奥·布里托同样对本文亦有贡献。
确认
作者感谢Mariola Kastner,安娜Steenpass,桑德拉•Maak马列拉Liberona, Stefany Ordenes,和加芙喇嘛的技术援助。这项工作是支持由GORE-TARAPACA毕普30125349 - 0和30125349 - 0和ALTMEDFIS-CYTED。
补充材料
补充材料显示引物序列用于mRNA表达分析中存在的全部肺匀浆的老鼠暴露于慢性间歇性缺氧,慢性缺氧和normoxia。序列的大鼠寡核苷酸引物设计基于NCBI基因库。
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