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[氢学位]氢气对主动脉瘤形成的抑制作用

浏览数量:35     作者:陈峰     发布时间: 2017-12-22      来源:氢思语

原文转载自:2015-8-13 陈峰 氢思语


腹主动脉瘤(AAA)实际上是一种因动脉血管壁退化变性而导致的动脉扩张性疾病,而非通常意义上的肿瘤,然而它对人体健康的威胁却绝不亚于任何一种恶性肿瘤。近年来,全球腹主动脉瘤的发病率正在迅速攀升。在美国,腹主动脉瘤的发病率比30年前上升了7倍,达2%~7%,每年约有15000人因此而死亡,占疾病死因的第11位;在欧洲,自然人群腹主动脉瘤发病率为4.5%~5.9%,远超过一般恶性肿瘤的发病率;在我国,随着人口老龄化社会趋势的到来和现代医学诊断技术的进步,腹主动脉瘤的发病率已经达到2%,在过去的30年中增长了近3倍。腹主动脉瘤一旦发生其结果是逐渐增大并最终破裂,直径超过5cm的腹主动脉瘤,年破裂率超过60%,在得到诊断的症状性腹主动脉瘤中,2年内自然破裂率达到50%90%以上的破裂者发生猝死。

由于该病有很高的发病率和致死率,根据美国心脏病学会/美国心脏学会(ACC/AHA)临床治疗指南,腹主动脉瘤体直径在5.0-5.5cm以上应予外科手术或血管腔内支架修复。相比之下,直径<5.0cm的小腹主动脉瘤多呈缓慢扩张的趋势,破裂的危险性小,而且早期行开腹或腔内修复对改善生存率并无益处,对于此类患者目前推荐的处理方法是定期影像学检查监测瘤体直径,一旦瘤体直径达到5.0-5.5cm或瘤体扩张率>5mm/6月,才会实施选择性修复术。显然,这种建立在观察等待基础上的疗法是不够的。因此,明确腹主动脉瘤的发病机制并寻找一种更为积极的方法来稳定或延缓腹主动脉瘤的进展是当前血管性疾病研究的热点与焦点。

在腹主动脉瘤发病机制研究中公认的相关病理过程包括:1主动脉壁慢性炎症浸润,伴随新生血管生成和促炎因子表达;2瘤体组织过量表达基质金属蛋白酶;3基质结构蛋白大量减少,主要是弹力蛋白和胶原蛋白;4血管中膜平滑肌细胞凋亡,使得结缔组织修复能力下降。基于炎症与氧化应激作用于腹主动脉瘤上述病理变化过程的证据,靶向炎症反应和氧化应激效应中某些分子靶点的药物治疗策略已被认为是控制其进展的潜在途径,而且有些药物已经经过动物实验的验证,有的已进入临床试验阶段。如大环内酯类和四环素类抗生素主要通过抑制包括白细胞粘附分子和趋化因子在内等炎症介质表达,减少组织中以巨噬细胞为主的炎症细胞浸润来抑制腹主动脉瘤的发展;非甾体抗炎药可抑制前列腺素E2的增加和环氧合酶的活性增强,从而抑制巨噬细胞活化,阻止腹主动脉瘤的形成发展;抗氧化剂可阻止自由基的产生或灭活自由基,消除自由基引起的血管壁损伤,进而减缓腹主动脉瘤的发展。上述药物已经显示出抑制腹主动脉瘤进展的潜在作用,但在其发挥治疗作用的同时,不可避免的带来一定副作用,因而人们一直致力于研究开发更有效更安全的防治腹主动脉瘤的药物。

2007年,日本学者率先在《NAT MED》报道,大鼠呼吸2%的氢气能够显著改善脑缺血再灌注损伤,经过体外试验证明,氢气在溶液中可选择性中和羟自由基和亚硝酸阴离子,而后两者是导致细胞氧化损伤的最主要介质,目前体内尚未找到内源性特异性清除途径。因此认为,氢气治疗脑缺血再灌注的基础是选择性抗氧化作用。于是,氢气的治疗效应迅速引起广泛关注,并掀起了研究氢气治疗疾病的热潮。随后研究发现,氢气对炎症性疾病也具有治疗作用,其作用机制是下调炎症介质表达,抑制炎症细胞浸润活化,从而减轻炎症损伤,改善预后。鉴于炎症和氧化应激是腹主动脉瘤形成的重要启动和促进因素以及氢气的抗炎、抗氧化作用,我们猜测氢气具有防治腹主动脉瘤的潜在功能。而且与传统药物相比,氢气应用于医药技术领域有非常鲜明的优势:首先,氢气还原性弱,只与活性强和毒性强的自由基反应,而对其它具有重要生物学功能、毒性和活性较低的自由基影响不大,此即氢气的选择性抗氧化作用。其次,氢气是一种小分子,可以非常容易地扩散到其它药物难以到达的器官、细胞和细胞器,甚至在血运重建前到达组织损伤部位,发挥生物学效应。再次,人和动物胃肠道内正常菌群每天都在产生氢气,可以被机体吸收代谢,而通过呼吸或饮用或注射摄取的外源性氢气,其组织相容性好,安全,副作用少,即使过量,也能通过呼吸排出体外,没有残留。最后,氢气资源丰富、制备方便、价格低廉、无毒环保。氢气的这些优点为氢气的科学研究和临床应用奠定了坚实的基础,故本研究我们选用腹主动脉瘤模型动物研究了氢气对腹主动脉瘤的保护作用及可能的机制。

中国专利公开号CN101347451A公开了一种含氢注射液。该发明已被证明可用于治疗心、脑、肾等组织器官缺血再灌注损伤(中国专利公开号CN101347451A)和高脂血症疾病(中国专利公开号CN102210701A)。但是关于氢气饱和生理盐水在制备防治腹主动脉瘤药物中的应用目前还未见相关报道。

通过观察AAA大鼠主动脉的直径、血管壁厚度、张开角,阐述氢气饱和生理盐水对瘤壁组织改建、主动脉残余应力的影响,探究其对动脉瘤形成的抑制作用,进一步就炎症、氧化应激通路,探讨氢气作用于AAA的机制,为预防及临床治疗AAA提供新的策略。

【方法

1.选取健康雄性SD大鼠,行氯化钙孵育肾下腹主动脉制成AAA模型,随机分为2:实验组腹腔内注射氢气饱和生理盐水5ml/kg·d,对照组注射生理盐水。

2.28天后观察两组大鼠主动脉直径变化的情况,通过计算机图像分析软件测量主动脉管壁的厚度变化以及测量主动脉张开角以此评估大鼠主动脉的残余应力。

3.对标本进行HE染色和弹力纤维特殊染色观察主动脉的结构变化,损伤程度以及弹力纤维的破坏和降解情况。

4.免疫组化观察动脉瘤组织rCKLF-1MMP-2MMP-9的蛋白表达。

5.Real-timePCR测定rCKLF-1MMP-2MMP-9的基因表达。

6.ELISA试剂盒检测标本IL-1βTNF-α浓度。

7.分光光度法检测标本MDASOD含量。

【结果】

1.腹主动脉直径扩张50%以上即可诊断AAA,本研究两组均达到该诊断标准,成瘤率为100%。实验组与对照组的扩张率分别为65%128%,差异有统计学意义(P<0.01)

2.与对照组相比,实验组主动脉的直径、血管壁厚度明显减小,主动脉张开角明显增大,差异有统计学意义(P<0.01)

3.实验组动脉壁弹力纤维未见明显受损,仅有少量炎症细胞浸润及rCKLF-1MMP-2MMP-9弱阳性表达。对照组动脉壁弹力纤维严重受损,可见明显炎症细胞浸润,rCKLF-1MMP-2MMP-9强阳性表达。

4.rCklf1mRNA在实验组和对照组AAA组织中的相对含量分别为2.24±0.874.63±1.05(P<0.01)MMP-2 mRNA相对含量分别为2.34±0.8511.64±2.51(P<0.01)MMP-9 mRNA相对含量分别为2.87±0.556.66±0.89 (P<0.01)

5.IL-1β在实验组和对照组AAA组织中的浓度分别为86.23±7.80pg/ml139.37±6.64pg/ml (P<0.01)TNF-α的浓度分别为89.50±13.33 pg/ml354.68±39.66pg/ml (P<0.01)

6.MDA在实验组和对照组AAA组织中的浓度分别为1.52±0.38 U/mg4.81±0.22U/mg(P<0.01)SOD的浓度分别为84.03±3.50 U/ml66.11±10.61U/ml(P<0.01)

【结论】

1.氢气饱和生理盐水能够通过增大主动脉的残余应力、减轻管壁的组织重建程度,来维持主动脉更好的力学特性,减少主动脉的扩张,抑制AAA的形成。

2.氢气抑制AAA形成的机制包括以下几点:(1)减少血管壁蛋白水解酶的表达,抑制中膜弹力纤维的降解;(2)改善炎性细胞浸润,减少趋化因子、炎性介质释放,减轻炎症损伤;(3)减轻组织过氧化,增强抗氧化酶活性,减轻氧化应激损伤。



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