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长期应激结合高脂饲料对大鼠胸主动脉的损伤作用

来源:华佗小知识
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环境与职业医学 2009年4月 第26卷第2期    J Environ Occup Med,Apr. 2009   Vol.26   No.2

文章编号: 1006-3617(2009)02-0170-05 中图分类号: R114 文献标志码: A

【专题研究】长期应激结合高脂饲料对大鼠胸主动脉的损伤作用 郑文卿,傅继华*,王渊,魏巍,孔树佳,单英

摘要: [目的] 观察长期应激结合高脂饲料对大鼠胸主动脉的损伤作用。 [方法]  雄性Wistar大鼠24只,随机分为4组,每组6只,分别为对照组(C组)、高脂饲料喂养组(HC组)、单纯足底电刺激并辅以噪声刺激组(CS组)及高脂饲料结合应激组(HC+CS组)。持续12周实验结束后取血,取胸主动脉。检测大鼠血清中总胆固醇(TC)、三酰甘油(TG)、高密度脂蛋白(HDL)、低密度脂蛋白(LDL)、游离脂肪酸(FFA)、超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、超氧

阴离子(O.);采用放免法检测血清中肿瘤坏死因子(TNF-α)、ELISA法检测氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL),电镜观察胸

主动脉病理变化。[ 结果] 血清学指标检测显示HC+CS组与HC组及CS组有明显的区别:出现了更明显的血脂紊乱(TC、FFA、LDL升高,HDL下降,尤其ox-LDL升高很明显),炎症反应(血清TNF-α升高),氧化应激(SOD活力明显下降,血

清MDA和O.水平明显升高);同时电镜观察发现HC+CS组的胸主动脉也出现了明显损伤,而HC组和CS组的损伤程度

明显较轻。 [结论] 长期应激结合高脂饲料有协同作用,可促进大鼠胸主动脉的损伤。

关键词:高脂饲料;应激;血脂紊乱;炎症 ;氧化应激;胸主动脉损伤

Abstract:[Objective] To investigate the effect of combination of high fat diet and stress on thoracic aorta injury in rats by long term stimulating. [Methods] Twenty-four male Wistar rats were divided into 4 groups(6 each)randomly. The control group(C group)was fed with standard rat chow diet,the high fat dietary group(HC group)was fed with high fat diet,the chronic stress group(CS group)was fed with standard rat chow diet and stimulated by electric footshock and noise stress,the high fat dietary with chronic stress group(HC+CS group)was fed with high fat diet and stimulated by electric footshock and noise stress. After treated for 12 weeks,serum biochemical indices including total cholesterol(TC),triglycerid(TG),high density lipoprotein(HDL),low density lipoprotein

-.

(LDL),free fatty acid(FFA),superoxide dismutase(SOD),malondialdehyde(MDA),and O2 were measured.The level of TNF-α in serum was measured by radioimmunoassay kit and oxidative-loco density lipoprotein(ox-LDL) in serum was measured by the enzyme-linked immunosorbent assay(ELISA). The rats were sacrificed and the thoracic aorta was collected for electron microscopic observation. [Results] The HC+CS group showed more evident dyslipidaemia(increased TC,FFA,LDL and especially ox-LDL;

decreased HDL),inflammation(elevated TNF-α in serum)and oxidative stress(decreased SOD activity and increased MDA and O2.)than HC group and CS group. Electron microscopic observation showed the HC+CS group had more severe thoracic aorta injury than other two groups. [Conclusion] The results suggested that the combination of high fat diet and chronic stress had synergistic effect in producing thoracic aorta injury.

Key Words:high fat diet;stress;dyslipidaemia;inflammation;oxidative stress;thoracic aorta injury高脂饮食可以导致肥胖、高血脂、动脉粥样硬化、冠心病等;而心理应激可以直接影响局部和全身的炎症反应,从而诱发各种心血管疾病[1-4]。动脉损伤是动脉粥样硬化等心血管疾病的第一步,研究发现动脉损伤与血脂异常、炎症、氧化应激等因素有关[3,5-7]。应激与高脂饮食相结合能引起多种疾病,这种协同作用是普遍存在的,对胰岛细胞和海马细胞损伤的研究已有人报道[8,9],然而多种因素同时作用致动脉损伤的动物实验研究鲜有人报道。本研究拟选择现代人生活方式中两种最常

[作者简介]郑文卿(1981-),女,硕士生;研究方向:环境及营养对

心血管疾病的影响机制  

[*通信作者(Correspondent author)]傅继华教授;E-mail:fjhn.cpu@163.com[作者单位]中国药科大学生理教研室,江苏  南京  210009

Combination Effect of High Fat Diet and Stress on Thoracic Aorta Injury in Rats under Long Term Stimulation ZHENG Wen-qing,FU Ji-hua*,WANG Yuan,WEI Wei,KONG Shu-jia,SHAN Ying(Department of Physiology,School of Pharmacy,China Pharmaceutical University,Nanjing,Jiangsu 210009,China)

见的致病因素(慢性应激与高脂饮食),并将两种因素相结合,观察其对大鼠胸主动脉长期作用的影响。1 材料与方法1.1   材料及设备 

游离脂肪酸(FFA)、超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛

(MDA)、超氧阴离子(O.)试剂盒均购自南京建成生物工程

研究所;氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)试剂盒购自BPB Biomedicals Inc;肿瘤坏死因子-α(TNF-α)试剂盒购自北京北方生物技术研究所。

BESN-III计算机控制全自动定时定量足底电击及噪声刺激仪(自行研制)、TGL-168高速台式离心机(上海安亭科学仪器厂)、T6新世纪紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有

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限责任公司)、XW-80A漩涡混合器(上海医科大学仪器厂)、HH-4型数显恒温水浴(国华电器有限公司)、透射电镜(JEM-1200EX型,日本光电)。1.2   动物及饲养条件 

雄性Wistar大鼠,体重180 ̄220 g,北京维通利华实验动物技术有限公司提供[许可证:SCXK(京)2002—0003]。实验室温度18 ̄23 ℃,湿度50% ̄60%,自然光照。1.3   饲料配方  

根据文献[2,9],高脂饲料配方比例为:碳水化合物、蛋白质、脂类(15%的猪油作为脂类的主要来源)分别为39.6%、17.2%、16.2%;蔗糖、胆固醇、NaCl分别为 15%、3%、3%。普通饲料配方比例为:碳水化合物、蛋白质、脂类分别为74.5%、17.2%、2.5%(均为质量分数)。1.4   慢性应激实验系统及刺激方式 

采用足底电击辅以噪声刺激,刺激方法根据文献[10,11],并作适当改进。刺激仪根据计算机的指令,间隔一定时间输出噪声刺激信号引起训练笼内的蜂鸣器鸣叫,同时输出电击信号使训练笼底部通电。刺激源为50 Hz交流电,刺激强度控制在35 ̄55 V。刺激强度对动物产生足底电击作用,使动物趋于紧张状态,但不产生身体损害。声音刺激为5 V直流输出使功率为0.1 W的蜂鸣器鸣叫(噪声强度为70 ̄75 dB),形成慢性心理应激。刺激方式为:间隔15 ̄30 s(计算机随机控制)刺激1次,每次噪声刺激时间1 ̄3 s(计算机随机控制),在开始噪声刺激1 s后有50%机率给以电击(计算机随机控制),每次电击时间500 ms。刺激笼大小:320 mm×215 mm×170 mm(长×宽×高)。1.5   实验方法 

将首次给以足底电击+噪声刺激时表现迅速的逃避、尖叫、竖尾、喘息并不易适应的大鼠选为研究对象,随机分为普通饲料喂养组(control group,C组)、高脂饲料喂养组(high fat dietary group,HC组)、普通饲料+噪声电刺激组(chronic stress group,CS组)、高脂饲料+噪声电刺激组(high fat dietary with chronic stress group,HC+CS组),每组6只。动物单笼饲养于刺激笼或普通鼠笼中(鼠笼大小与刺激笼相同)。开始刺激前先饲养1周。然后CS组、HC+CS组开始刺激,每日刺激2次,刺激强度为上、下午各2 h,中间间隔4 h,连续刺激12周。

实验结束时,大鼠禁食12 h过夜,眼内眦取血,血样3 500 r/min(离心半径14.6 cm),离心10 min,取上清于-20 ℃保存。间隔3 d后,按同样方法再次取血,离心,取血清于-20 ℃保存。两次取出的血清均用于血液学指标的检测。部分血清送往江苏省中西医结合医院生化室用自动生化仪检测血脂[总胆固醇

(TC)、三酰甘油(TG)、高密度脂蛋白(HDL)、低密度脂蛋白(LDL)];部分血清用放免法检测TNF-α,用酶联免疫双抗夹心法(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)检测ox-LDL,检测方法按照试剂盒说明书;剩下的血清用于FFA、SOD、

MDA、O.的检测,检测方法依据试剂盒说明书。

动物处死后迅速取出胸主动脉。在冰磷酸缓冲液(pH=7.4)中反复洗涤,并将其黏附的组织分离干净,在戊二醛缓冲液(体积分数为2.5%)中固定2 h,0.1 mol/L磷酸缓冲液洗涤,体积分数为1%锇酸固定2 h,梯度酒精、丙酮脱水,Epon812包埋,超薄切片,铅铀双重染色,透射电镜下观察。1.6   数据分析 

结果以x±s表示,组间比较采用单因素方差分析(one way ANOVA)及Tukey检验,检验水准α = 0.05。2 结果

2.1   血液学指标检测结果

2.1.1   血脂   与C组相比,CS组除了游离脂肪酸有明显升高外(P < 0.01),基本不表现出其他血脂紊乱的特征。HC组表现出明显的血脂紊乱特征,与C组相比,TC、LDL、FFA均有明显升高,HDL明显下降(P < 0.01)。然而,HC+CS组的血脂紊乱特征更为明显,与C组和CS组相比,TC、LDL、FFA均有明显升高(P < 0.01);HDL较C组明显下降(P < 0.01);LDL、FFA较HC组均有明显升高(P < 0.01)。但是,3个处理组的TG与C组间无差异(P > 0.05),见表1。与C组相比,ox-LDL水平在HC组和HC+CS组有明显升高(P < 0.01);HC+CS组较HC组升高更为明显(P < 0.05),见图1。

[注]**:与C组比较(Compared with control group),P < 0.01;#:与

HC组比较(Compared with HC group),P < 0.05;&&:与CS组比较(Compared with CS group),P < 0.01

图1 各组大鼠血清ox-LDL的浓度

Figure 1   Serum ox-LDL concentration in different groups

表1 Wistar大鼠血脂水平的变化(x±s)

Table 1   The level of serum lipids in Wistar rats(Mean±SD)

组别(Group)

CHCCSHC+CSn6666TC(mmol/L)1.89±0.122.49±0.32*2.33±0.142.84±0.11*&TG(mmol/L)0.76±0.111.00±0.190.83±0.151.13±0.12HDL(mmol/L)1.47±0.141.10±0.03*1.23±0.080.96±0.05*LDL(mmol/L)0.65±0.061.00±0.05*0.60±0.131.47±0.04*#&FFA(μmol/L)623.1±23.91 031.3±17.6*934.1±18.1*1 458.2±31.7*#&[注] *:与C组比较(Compared with control group),P < 0.01;#:与HC组比较(Compared with HC group),P < 0.01;&:与CS组比较(Compared with CS 

group),P < 0.01

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ABC2.1.2   氧化应激和脂质过氧化   与C组相比,HC、CS、HC + CS组血清SOD活性明显下降(P < 0.01);且与HC组相比,HC+CS组血清SOD活性亦明显下降(P < 0.01)。与C组相比,HC组和CS、HC + CS组血清MDA浓度明显增加(P < 0.05,P < 0.01),尤其HC + CS组血清MDA浓度较CS组和HC组都有升高(P < -.

0.01)。与C组相比,HC组和HC + CS组血清O水平明显升高

-(P < 0.05,P < 0.01),CS组血清O2.无明显变化(P > 0.05),见

表2。

-.

表2 各组大鼠血清SOD、MDAO2的变化(x±s)

-. 

Table 2   The level of serum SOD,MDA,O2in different groups

DEF(Mean±SD)

组别(Group)n

CHCCS HC+CS 6666SOD(U/mL)79.7±2.271.2±1.4**49.4±1.6**44.4±0.9**##MDA(nmol/L)3.39±0.124.09±0.10*4.19±0.18**5.67±0.22**##&&-. 

O2(U/L)

423.59±13.71462.18±20.10*451.16±23.95474.60±18.94**GH[注]*:与C组比较(Compared with control group),P < 0.05,**:P < 0.01;

##:与HC组比较(Compared with HC group),P < 0.01;&&:与CS

组比较(Compared with CS group),P < 0.01

2.1.3   炎症相关因子   与C组相比,CS组和HC+CS组血清TNF-α明显升高(P < 0.01),HC组无明显变化(P > 0.05);特别是HC+CS组也较HC组、CS组高(P < 0.01),见图2。

A:C组(×3 000),内皮细胞排列整齐、无脱落,基底膜完整、平直;B: 

C组(×10 000),内皮细胞完整,线粒体完好、嵴清晰;C:HC组(×5 000),少量内皮细胞脱落,但内皮细胞内线粒体完好、嵴清晰,内皮下间隙扩大、基底膜扭曲(→);D:HC组(×10 000),脱落内皮细胞,线粒体完好、嵴清晰;E:CS组(×12 000),局部内皮细胞脱落,内皮细胞内出现空泡(→),线粒体完好、嵴清晰,基底膜完整;F:CS组(×15 000),内皮细胞完好,线粒体完好、嵴清晰,基底膜断裂(→);G:HC+CS组(×5 000),内皮细胞明显脱落和缺失(→)、线粒体增多、肿胀,弹力板扭曲(→);H:HC+CS组(×15 000),内皮细胞内线粒体(细胞核旁白色椭圆形物)肿胀(→)、嵴模糊溶解,平滑肌向基膜移行,基底膜断裂(→)。

In control group,the endothelial cells were located in close apposition to the internal,and basement membrane was junctional and the elastic lamina was straight(A,×3 000);endothelial cell membrane showed clear,flat and regular,cytochondriome was normal and cristae were clear(B,×10 000). In high fat dietary group,we could find shedding and depletion of regional endothelial cells,normal cytochondriome and cristae,enlarged subendothelial space,discontinuation of basement membrane(→)(C,×5 000);regional endothelial cells was shedding and depletion,and cytochondriome was normal and cristae were clear(D,×10 000),In chronic stress group,abundance of vesicles in endothelial cytoplasm,shedding and depletion of regional endothelial cells(→),cytochondriome was normal and cristae were clear,and basement membrane was junctional(E,×12 000);basement membrane was discontinuation(→)(F,×15 000). In high fat dietary with chronic stress group,there were severe lesions,such as significant shedding and depletion of endothelial cells(→),increased cytochondriome,delamination of elastic lamina(→)(G,×5 000);hydropsia of cytochondriome and ambiguity and solvted cristae(→),discontinuation of basement membrane(→)(H,×15 000). 

图3 不同组别大鼠胸主动脉电镜图

Figure 3   Electron microscopic pictures of thoracic aorta in different groups

[注]*:与C组比较(Compared with control group),P < 0.01;#:与HC

组比较(Compared with HC group),P < 0.01;&:与CS组比较(Compared with CS group),P < 0.01

图2 各组大鼠血清TNF-α的浓度

Figure 2   Serum TNF-α concentration in different groups

2.2   组织形态学观察结果  

胸主动脉内壁肉眼观察未见明显粥样斑块形成,但电镜观察结果显示HC组、CS组、HC+CS组超微结构有明显的形态改变(图3)。可见,HC+CS组出现明显的血管损伤,不仅基底膜断裂、平滑肌细胞移行,还出现血管内皮细胞明显损伤,内皮细胞的线粒体明显肿胀、嵴溶解。而HC组和CS组的损伤明显较小,只有基底膜损伤、内皮脱落。

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3 讨论

实验结果显示,HC组和HC+CS组出现了明显的血脂紊乱(TC、LDL、ox-LDL升高,HDL下降);CS组未出现血脂紊乱。然而,HC、CS、HC+CS组所有大鼠的血清FFA都明显升高,并出现明显的氧化应激反应(血清SOD活性下降,MDA浓度升高)、炎症反应(血清TNF-α升高)。然而HC+CS组较其他2个处理组与动脉损伤相关的因素变化更为明显:血脂紊乱(TC、LDL、ox-LDL升高,HDL下降)、炎症反应(血清TNF-α升高)、

氧化应激(SOD活力明显下降,血清MDA和O.水平明显升高)。

与高脂饮食结合,经长期刺激观察对主动脉的损伤作用,发现HC+CS大鼠与HC大鼠、CS大鼠相比,出现了更为明显的高血脂、氧化应激反应和炎症;同时胸主动脉的病理切片显示HC+CS大鼠形成了明显的动脉损伤,而HC大鼠和CS大鼠的动脉损伤并不是很明显。可见,慢性应激与高脂饲料对大鼠主动脉的损伤具有协同作用。本研究结果对了解饮食与心理因素引起的动脉损伤等心血管疾病的发病机制及预防心血管疾病的发生具有一定参考价值。参考文献:

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胸主动脉电镜观察结果显示,C组胸主动脉正常,HC组与CS组出现了轻微的形态学改变,而HC+CS组出现明显的血管损伤,不仅基底膜断裂、平滑肌细胞移行,还出现血管内皮细胞的明显损伤,内皮细胞的线粒体明显肿胀、嵴溶解,即明显的胸主动脉损伤,但各组均未见明显的动脉粥样硬化斑块形成。

目前认为动脉损伤是血管壁的一种慢性炎症反应[12,13]。慢性炎症学说研究主要集中于炎性细胞、各种细胞因子及免疫机制在动脉损伤发生发展中的作用及相互关系。巨噬细胞在动脉损伤发病中起关键作用。它们在不同信号作用下,可以有不同的表型。例如,干扰素可激活巨噬细胞,使其分泌IL-6、TNF-α、IL-1等因子介导急性炎症反应[6]。CS组和HC+CS组血清TNF-α明显升高,特别是HC+CS组,表明HC+CS大鼠炎症反应更为严重。

近年研究显示,氧化应激在血管病变,尤其是动脉粥样硬

化过程中扮演重要角色[7]。O.是活性氧族的重要成员之一[14]。

SOD和MDA分别反应了机体清除自由基的能力和机体细胞受自由基攻击的程度[15]。由表1可知,与C组相比,三组大鼠均出现了氧化应激反应,但HC+CS组更为明显,表现为:SOD活

-.

力明显下降,血清MDA和O水平明显升高;同时与电镜的超

微结构变化一致:内皮细胞脱落、基底膜断裂,线粒体肿胀等。

高脂血症,即血清总胆固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白、游离脂肪酸增高,高密度脂蛋白下降,是脂代谢紊乱的标志,也是动脉损伤等心血管疾病的主要危险因素[16]。高脂饲料可以影响大鼠的脂质代谢[17,18],也可使主动脉内膜泡沫细胞和单核细胞聚集而成为脂质条纹[19]。与C组相比,HC组和HC+CS组均出现了血脂紊乱,HC+CS组的脂代谢紊乱更为明显,表现为:血清总胆固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白、游离脂肪酸的增高,高密度脂蛋白的下降;电镜观察发现:线粒体肿胀,嵴模糊,而线粒体是FFAβ氧化的主要场所,FFA的升高与之密切相关。

大量研究表明,血管壁内过多生成的活性氧能使内皮下间隙的LDL 氧化修饰生成ox-LDL,这是动脉粥样硬化病理过程中最重要的早期事件之一[20]。它能通过多种途径直接和间接促成动脉粥样硬化,如损伤内皮细胞、加强局部血管壁的炎症反应、导致泡沫细胞的形成、促进与炎症有关的基因产物的表达、诱导T细胞和巨噬细胞在动脉粥样硬化损伤处聚集、促**滑肌细胞和巨噬细胞增殖等[21-23]。可见,HC+CS组的动脉损伤与血清ox-LDL含量的升高密切相关。

应激结合高脂饮食长期刺激产生机体损伤的协同作用是普遍存在的。动脉损伤是由多种因素引起的,本研究将应激

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(收稿日期:2008-07-08)

(编辑:徐新春;校对:王晓宇)

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(收稿日期:2008-07-14)

(编辑:徐新春;校对:洪琪)

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