蛋白激酶C、碱性成纤维细胞生长因子在吸烟促进肺动脉平滑肌细胞增殖中作用的研究

摘要

研究背景：
　　 吸烟不仅可引起慢性支气管炎、慢性阻塞性肺气肿，而且还可进一步导致肺动脉高压和慢性肺源性心脏病。肺动脉高压与慢性阻塞性肺病(COPD)患者的临床预后恶化、生存率降低密切相关，目前尚缺乏特异而有效的治疗。既往对COPD合并肺动脉高压发病机制的研究多集中于缺氧性肺血管收缩和缺氧性肺血管重建。近年发现吸烟可直接导致肺血管重建、参与肺动脉高压的形成，其主要机制可能是吸烟促进肺动脉平滑肌细胞(PASMC)的增殖，但具体机制尚不清楚。细胞内信号转导通路的激活、生长因子的产生和释放在吸烟致PASMC增殖中可能起着重要作用。
　　 蛋白激酶C(PKC)是细胞内生物信号转导途径中的一类关键酶，参与调控血管平滑肌细胞的增殖、凋亡、分化、迁移和基因表达等。我们实验室以往的研究发现PKC的活化，PKC a亚型的表达上调在低氧致PASMC增殖中起重要作用。前期研究工作还发现无论是慢性吸烟大鼠，还是吸烟非COPD患者和吸烟COPD患者其肺小动脉PKC-a mRNA及蛋白质的表达都增加，提示PKC-a可能参与了慢性吸烟所致的肺血管重建。但PKC特别是PKC-a在吸烟对PASMC增殖的影响中所起的作用有待在细胞培养水平进一步予以研究。
　　 碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)作为一种生长因子和丝裂原，可促进肺动脉内皮细胞增殖，外膜成纤维细胞生长，强烈地刺激中膜平滑肌细胞增殖、迁移、合成分泌胶原和纤维连接蛋白等细胞外基质，在低氧和野百合碱所致的肺血管重建和肺动脉高压中发挥着重要作用。有研究发现，在吸烟合并COPD的患者中，bFGF在肺小动脉平滑肌细胞的表达增加，可能参与了吸烟所致的肺血管重建，但目前尚无相关的动物在体实验和离体实验的研究。
　　 本研究从PKC信号转导通路和bFGF两个方面探讨吸烟致PASMC增生和肺血管重建的可能机制，为COPD合并肺动脉高压的发病机制研究和防治提供基础资料。
　　 第一部分
　　 目的：探讨香烟烟雾提取物(CSE)对体外培养的大鼠和人PASMC增殖的影响及PKC信号转导途径在其中所起的作用。
　　 方法：组织块法培养正常Wistar大鼠PASMC，复苏培养人PASMC细胞系。(1)不同浓度的CSE作用于PASMC 24h，四甲基偶氮唑盐(MTT)比色法检测PASMC增殖，台盼蓝排斥法检测活细胞率。(2)PASMC与PKC激活剂12-肉豆蔻酰-13-乙酸佛波酯(PMA)预孵育24h下调PKC或与PKC抑制剂马来酰亚胺甲磺酸盐(Ro31-8220)预孵育30min然后暴露于5[％]CSE，MTT法、流式细胞术和增殖细胞核抗原(PCNA)染色等方法观察细胞增殖的变化。(3)5[％]CSE作用PASMC 24h，逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)和Western Blot分别检测PKC-a mRNA和蛋白质表达量的变化。免疫荧光细胞化学及激光共聚焦扫描检测大鼠PASMC内PKC-a的分布。(4)大鼠PASMC暴露于5[％]CSE前6h转染PKC-a的反义寡核苷酸，观察PKC-a蛋白表达量和细胞增殖的变化。
　　 结果：(1)20[％]和30[％]CSE对PASMC有细胞毒性作用，5[％]和10[％]CSE不影响PASMC的活细胞率。5[％]CSE组PASMC MTT的吸光度(A)值较对照组明显增高。(2)5[％]CSE组PASMC的MTT A值、增殖指数(PI)、S期细胞分数(SPF)和PCNA染色平均光密度值增高，与对照组比较差异有统计学意义(P<0.05)。PMA+5[％]CSE组和Ro+5[％]CSE组以上指标均降低，与5[％]CSE组比较，差异有统计学意义(P<0.05)，与对照组比较，差异无显著性。(3)5[％]CSE组PKC-a mRNA和蛋白表达量增加，与对照组比较，差异有统计学意义(P<0.01)。5[％]CSE处理后，大鼠PASMC中PKC-a由细胞浆转位至细胞核周或核内。(4)PKC-a反义寡核苷酸转染组大鼠PASMC中PKC-a蛋白质表达量降低(转染前后分别为1.180±0.056、0.713±0.047)，MTT A值降低(0.252±0.041)，与5[％]CSE组(0.302±0.021)比较，差异有统计学意义(P<0.01)，与对照组(0.244±0.016)比较，差异无显著性。
　　 结论：高浓度的CSE对大鼠和人PASMC有细胞毒性作用，低浓度(5[％])的CSE则能促进大鼠和人PASMC的增殖。PKC特别是PKC-a在CSE促PASMC增殖的信号转导机制中起重要作用。
　　 第二部分
　　 分题1
　　 目的：探讨烟雾暴露对大鼠肺动脉bFGF表达的影响及这种影响与肺血管重建的关系。
　　 方法：健康雄性Wistar大鼠30只，随机分为正常对照组(C组)、烟雾暴露组(S2w组、S4w组、S8w组、S12w组)。取动脉血检测血氧分压(PaO2)，右心导管法测定平均肺动脉压(mPAP)。A平滑肌肌动蛋白(a-SM-actin)染色显示肺血管的重建，PCNA染色检测细胞增殖。RT-PCR检测肺动脉bFGF mRNA表达，免疫组织化学染色检测bFGF蛋白表达。
　　 结果：与C组大鼠比较，烟雾暴露各组大鼠PaO2和mPAP无明显改变。S4w组、S8w组和S12w组大鼠肺泡管旁肺小动脉肌化比例和烟雾暴露各组大鼠肺小血管壁细胞的增殖指数明显高于C组(P<0.05)。烟雾暴露各组大鼠肺动脉bFGF mRNA[(0.327±0.076)、(0.483±0.131)、(0.828±0.207)、(0.743±0.159)]和蛋白的表达[(0.184±0.012)、(0.230±0.017)、(0.292±0.013)、(0.325±0.020)]均较C组明显增强(P<0.05)。大鼠肺小动脉肌化比例、肺小血管壁细胞的增殖指数与bFGF mRNA和蛋白表达水平成显著正相关。
　　 结论：烟雾暴露能诱导肺小血管壁细胞增殖，导致肺血管重建，其程度随暴露时间延长而加重，bFGF在此过程中可能起重要作用。
　　 分题2
　　 目的：研究CSE对大鼠PASMC中bFGF表达的影响及PKC途径在其中所起的作用。
　　 方法：组织块法培养正常Wistar大鼠PASMC。5[％]CSE作用于PASMC不同时间或PASMC先与PKC特异性抑制剂Ro31-8220预孵育，然后再暴露于5[％]CSE，RT-PCR检测PASMC bFGF mRNA表达，免疫细胞化学检测bFGF蛋白表达。
　　 结果：对照组PASMC中有少量bFGF mRNA和蛋白表达(分别为0.093±0.034，0.142±0.013)。暴露于5[％]CSE后4h细胞内bFGF mRNA和蛋白表达即增加，mRNA于8h达高峰(0.436±0.103，P<0.01)，蛋白于12h达高峰(0.237±0.031，P<0.01)，此后逐渐下降，但24h都仍高于对照组。Ro31-8220预孵育可显著抑制5[％]CSE诱导的bFGF mRNA和蛋白表达增加。
　　 结论：5[％]CSE可通过激活PKC途径促进大鼠PASMC bFGF的表达。