引用本文: 陈跃鑫, 王文达, 叶炜, 李天佳, 刘昌伟. 沙格雷酯抑制大鼠颈动脉球囊损伤后内膜增生和平滑肌细胞增殖. 中国普外基础与临床杂志, 2015, 22(5): 571-575. doi: 10.7507/1007-9424.20150151 复制
经皮血管腔内成形术(percutaneous transluminal angioplasty,PTA)是目前治疗外周动脉疾病的常用手段,尽管无论从产品还是技术方面,PTA已经取得了巨大的进步,但是PTA后血管再狭窄仍然是目前尚未解决的主要问题之一,有文献[1-3]报道,其发生率仍高达39.0%~74.3%。血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell,VSMC)增殖和迁移是导致新生内膜增生和血管再狭窄的主要原因,在发生再狭窄的过程中,许多细胞因子参与其中并发挥作用,这些细胞因子包括5-羟色胺(serotonin,5-HT)、血管紧张素Ⅱ、内皮素、血小板源性生长因子(platelet-derived growth factor,PDGF)等,这些细胞因子通过细胞表面的受体激活细胞内信号通路,诱导VSMC增殖[4]。沙格雷酯是一种新型的选择性5-HT2A受体拮抗剂,能抑制5-HT诱导的血小板聚集并抑制血管收缩,可用于改善慢性动脉闭塞症引起的溃疡、疼痛、冷感等缺血性症状,这一适应证已在国内获得批准并上市应用[5-6]。同时,作为5-HT受体拮抗剂,沙格雷酯能在体外抑制5-HT诱导的VSMC的增殖[7],因此可用于降低冠状动脉支架内再狭窄率,提高其通畅率[8]。在以往的研究[9]中,传统药物氯吡格雷被证实能减少血管损伤后的新生内膜增生。但目前尚无研究比较沙格雷酯和传统药物氯吡格雷两种药物对血管损伤后新生内膜增生、VSMC增殖的影响。增殖细胞核抗原(proliferative cell nuclear antigen,PCNA)是一种相对分子质量为36×103的蛋白质,在细胞核内合成,并存在于细胞核内。PCNA在细胞中的表达可作为评价细胞增殖状态的一个指标。本研究的目的即利用大鼠颈动脉球囊损伤动物模型,将沙格雷酯组与空白对照组和氯吡格雷组对照,研究其对新生内膜的抑制作用,并通过监测PCNA的表达间接比较VSMC增殖的状态。
1 材料与方法
本研究为前瞻性随机对照动物实验,在研究开始前通过北京协和医院伦理委员会批准,研究严格遵照国家科学技术委员会《实验动物管理条例》实行。
1.1 实验动物及材料
1.1.1 动物
实验选用SPF级健康雄性SD大鼠(n=24),周龄8周,体质量(202±23)g。大鼠均在北京协和医院动物中心清洁级实验室饲养。
1.1.2 主要材料
4 F Fogarty球囊导管,上海微创医疗器械有限公司;沙格雷酯(商品名:安步乐克),三菱制药公司;氯吡格雷(商品名:波利维),赛诺菲安万特(杭州)制药有限公司;抗大鼠PCNA单克隆抗体(浓度1∶1 000),艾博抗(上海)贸易有限公司。
1.2 方法
1.2.1 动物分组与用药
24只大鼠按随机数字表法被随机分为3组(空白对照组、沙格雷酯组和氯吡格雷组),每组8只。所有大鼠从术前第7 d开始直到术后第14 d被处死,期间饲喂高脂饮食。术前第7 d开始由专人使用大鼠喂药器给大鼠饲喂药物,一直持续到术后第14 d,手术当天不暂停。分组用药方案为:空白对照组在研究期间不饲喂任何药物;沙格雷酯组在研究期间每天饲喂沙格雷酯100 mg/kg;氯吡格雷组在研究期间每天饲喂氯吡格雷20 mg/kg。
1.2.2 大鼠颈动脉球囊损伤模型的建立
SD大鼠称重后,腹腔注射0.3%戊巴比妥钠(1 mL/100 g)进行麻醉。麻醉成功后,将大鼠固定于解剖台上,于大鼠左侧颈部做斜形切口,解剖大鼠左侧的颈总动脉、颈内动脉和颈外动脉,分别套阻断带备用。向颈总静脉内注射肝素(200 U/kg)进行全身肝素化,然后依次阻断颈内动脉和颈总动脉,切开颈外动脉,经过颈外动脉逆行置入4 F Fogarty球囊导管(球囊长度2 cm)至颈总动脉分叉部位近段2 cm处,利用压力泵以5个大气压的压力分3次球囊扩张颈总动脉,每次扩张时间10 s。取出球囊导管,结扎颈外动脉。关闭颈部切口。
1.2.3 大鼠颈动脉球囊损伤标本取材
上述大鼠继续饲喂高脂饮食和药物14 d后,再次进行麻醉(方法同上)。麻醉成功后,固定于操作台上,从原切口进入,逐层分离,取颈动脉分叉部位下方约2 cm的颈总动脉标本,注意去除脂肪和血管周围组织。固定于4%的甲醛溶液中。取材完成后,通过颈静脉注射空气针,处死大鼠。
1.2.4 标本处理和组织形态学分析
将取材的标本(总长度2 cm)均分为4个部分,每部分0.5 cm,包埋于石蜡中进行切片,厚度5μm。对切片进行HE染色,每个部分观测两个切片。每个切片取8个点,观察内膜、中膜的厚度和面积,内膜增生的程度以内膜和中膜厚度比(内膜厚度/中膜厚度)和内膜和中膜面积比(内膜面积/中膜面积)表达。
1.2.5 免疫组织化学方法检测平滑肌细胞增殖情况
3%过氧化氢甲醇溶液室温浸泡标本3次,每次5 min,阻断内源性过氧化物酶活性,PBS反复洗脱3次。然后在含有10%非活化马血清(horse serum,HS)的PBS中室温下孵育30 min,以减少非特异性结合。PBS反复洗脱3次。以抗大鼠PCNA单克隆抗体〔浓度1∶1 000,艾博抗(上海)贸易有限公司〕的PBS(溶液中含有1.5% HS)在室温下孵育60 min。再次用PBS反复洗脱3次。然后HE反染色。VSMC中,细胞核染成棕色的细胞被视为PCNA阳性细胞,提示细胞增殖。应用VIDAS计算机图像分析系统随机检测每个切片中8个高倍(×400)视野,测量PCNA阳性细胞吸光度值、个数和VSMC总数,计算VSMC中PCNA阳性细胞率(PCNA阳性细胞数/VSMC总数×100%),并计算各项平均值。
1.3 统计学方法
采用SPSS软件(Chicago IL,USA,第19版)对数据进行分析。数据用均数±标准差(
2 结果
2.1 组织形态学变化情况
组织形态学分析结果见图 1和表 1。空白对照组相对于沙格雷酯组和氯吡格雷组,球囊损伤后颈动脉内膜明显增厚(图 1)。从表 1可见,颈动脉球囊损伤后第14 d时,中膜的厚度和面积在沙格雷酯组和氯吡格雷组虽均低于空白对照组,但差异并无统计学意义(P > 0.05)。内膜的厚度和面积以及内膜/中膜厚度比和面积比在沙格雷酯组和氯吡格雷组均明显低于空白对照组,差异有统计学意义(P < 0.001)。沙格雷酯组与空白对照组相比,平均内膜厚度和面积分别减少了75.15%(P < 0.001)和83.72%(P < 0.001),平均内膜/中膜厚度比和平均内膜/中膜面积比分别减少了76.12%(P < 0.001)和84.01%(P < 0.001);氯吡格雷酯组与空白对照组相比,平均内膜厚度和平均内膜面积分别减少了72.79%(P < 0.001)和81.40%(P < 0.001),平均内膜/中膜厚度比和平均内膜/中膜面积比分别减少了73.13%(P < 0.001)和81.98%(P < 0.001)。沙格雷酯组与氯吡格雷组比较,各项指标比较差异均无统计学意义(P > 0.05)。


2.2 免疫组织化学染色结果
免疫组织化学检测结果见表 2。从表 2可见,与空白对照组比较,沙格雷酯组和氯吡格雷组PCNA表达的吸光度值和阳性细胞率均明显降低(P < 0.001),但沙格雷酯组和氯吡格雷组间比较差异无统计学意义(P > 0.05)。

3 讨论
VSMC和内皮细胞在保持动脉壁的结构和功能上扮演着重要的角色。当动脉表面的内皮被球囊扩张的过程破坏时,内膜损伤的区域将迅速被血小板黏附聚集覆盖。活化的血小板释放包括PDGF和碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)在内的多种生长因子和血管活性物质,促进中膜中的平滑肌细胞开始增殖并向内膜迁移,并合成分泌大量的细胞外基质[10-11]。氯吡格雷能通过抑制血小板功能,减少PDGF、bFGF等的表达[12-13],减少动脉损伤后动脉壁的病理改变[14-15],显著抑制血管损伤的新生内膜增生[16-17],与本研究结果相符合。
在体外研究和临床研究[14]中均已经证实,在血管损伤部位,激活了的血小板还能分泌出5-HT,从而使其局部浓度显著升高。5-HT能经过5-HT2A受体介导直接作用于动脉的VSMC,从而促进VSMC的收缩和增殖,而且5-HT可能同时会上调PDGF、bFGF等其他生长因子和缓激肽等其他血管活性物质,从而进一步促进VSMC的增殖[18-19]。沙格雷酯通过选择性地拮抗5-HT2A受体,能抑制5-HT诱导的血小板聚集并抑制VSMC收缩和增殖,从而达到减少新生内膜增生的作用[20];与此同时,5-HT2A受体的抑制可以间接增加5-HT对血管内皮细胞5-HT1B受体的作用,产生更多的一氧化氮从而扩血管、增加血流[21]。本研究结果显示,与空白对照组相比,沙格雷酯能将球囊损伤后大鼠颈动脉内膜增生厚度降低75.15%(P < 0.001),这与一些已经发表的研究结果[4, 8, 12, 15]是类似的。
PCNA又称细胞周期蛋白,是一种核内蛋白质,是DNA聚合酶δ的辅助因子,集中分布于增殖细胞有丝分裂的G1晚期和S早期的核仁,参与DNA合成和复制,其合成率与细胞DNA复制直接相关,PCNA表达为细胞进入细胞周期进行DNA复制和分裂增殖所必需,可作为判断细胞增殖与否的直接而可靠的指标[22]。本研究采用免疫组织化学技术观察到沙格雷酯组和氯吡格雷组大鼠VSMC中的PCNA表达,无论是PCNA阳性细胞率还是吸光度均显著低于空白对照组,这种作用是在多种胞内信息传递环节的参与下发生的[23-24]。
本研究沿袭了最常采用的小动物颈动脉球囊损伤模型,为了减少年龄与性别对研究结果的影响,本研究中采用了同样周龄的雄性大鼠。本研究结果显示,与空白对照组相比,沙格雷酯和氯吡格雷能明显降低球囊损伤后大鼠颈动脉内膜增生厚度(P < 0.001),而沙格雷酯组与氯吡格雷组相比两组之间比较差异无统计学意义(P > 0.05)。
本研究还存在一些局限:①研究的实验动物数量较少,使统计分析的效能受到影响。②高脂喂养的动物模型,在动脉受到球囊损伤后,其内膜增生的过程和病理生理改变与人类的动脉行球囊扩张或支架后的修复过程尚存在一定的差异。如前者,由于高脂饮食的影响,在内膜下富有大量的脂质沉积,并可见到大量的吞噬脂质的巨噬细胞。因此,本动物模型的结果还不能被不加限制地推广到人类。③阿司匹林是最传统的也是最常规使用的抗血小板药物,也是在诸多实践指南中被最多地推荐应用于血管成形术后的抗血小板药物[25]。本研究并没有将阿司匹林的应用纳入到实验中。事实上,在临床应用中,双重抗血小板方案正在越来越广泛地被应用和接受,这种双重抗血小板方案可以是阿司匹林联用氯吡格雷,也可以是阿司匹林联用沙格雷酯或其他的抗血小板药物。本研究的结果可能对双重抗血小板方案的选择提供一些思路。④本研究中,没有检测PDGF等关键生长因子的表达情况,尚不清楚在实验组尤其是沙格雷酯组,PDGF的表达是否受到抑制,与氯吡格雷是否存在差异,这可以作为下一步研究的方向之一。
经皮血管腔内成形术(percutaneous transluminal angioplasty,PTA)是目前治疗外周动脉疾病的常用手段,尽管无论从产品还是技术方面,PTA已经取得了巨大的进步,但是PTA后血管再狭窄仍然是目前尚未解决的主要问题之一,有文献[1-3]报道,其发生率仍高达39.0%~74.3%。血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell,VSMC)增殖和迁移是导致新生内膜增生和血管再狭窄的主要原因,在发生再狭窄的过程中,许多细胞因子参与其中并发挥作用,这些细胞因子包括5-羟色胺(serotonin,5-HT)、血管紧张素Ⅱ、内皮素、血小板源性生长因子(platelet-derived growth factor,PDGF)等,这些细胞因子通过细胞表面的受体激活细胞内信号通路,诱导VSMC增殖[4]。沙格雷酯是一种新型的选择性5-HT2A受体拮抗剂,能抑制5-HT诱导的血小板聚集并抑制血管收缩,可用于改善慢性动脉闭塞症引起的溃疡、疼痛、冷感等缺血性症状,这一适应证已在国内获得批准并上市应用[5-6]。同时,作为5-HT受体拮抗剂,沙格雷酯能在体外抑制5-HT诱导的VSMC的增殖[7],因此可用于降低冠状动脉支架内再狭窄率,提高其通畅率[8]。在以往的研究[9]中,传统药物氯吡格雷被证实能减少血管损伤后的新生内膜增生。但目前尚无研究比较沙格雷酯和传统药物氯吡格雷两种药物对血管损伤后新生内膜增生、VSMC增殖的影响。增殖细胞核抗原(proliferative cell nuclear antigen,PCNA)是一种相对分子质量为36×103的蛋白质,在细胞核内合成,并存在于细胞核内。PCNA在细胞中的表达可作为评价细胞增殖状态的一个指标。本研究的目的即利用大鼠颈动脉球囊损伤动物模型,将沙格雷酯组与空白对照组和氯吡格雷组对照,研究其对新生内膜的抑制作用,并通过监测PCNA的表达间接比较VSMC增殖的状态。
1 材料与方法
本研究为前瞻性随机对照动物实验,在研究开始前通过北京协和医院伦理委员会批准,研究严格遵照国家科学技术委员会《实验动物管理条例》实行。
1.1 实验动物及材料
1.1.1 动物
实验选用SPF级健康雄性SD大鼠(n=24),周龄8周,体质量(202±23)g。大鼠均在北京协和医院动物中心清洁级实验室饲养。
1.1.2 主要材料
4 F Fogarty球囊导管,上海微创医疗器械有限公司;沙格雷酯(商品名:安步乐克),三菱制药公司;氯吡格雷(商品名:波利维),赛诺菲安万特(杭州)制药有限公司;抗大鼠PCNA单克隆抗体(浓度1∶1 000),艾博抗(上海)贸易有限公司。
1.2 方法
1.2.1 动物分组与用药
24只大鼠按随机数字表法被随机分为3组(空白对照组、沙格雷酯组和氯吡格雷组),每组8只。所有大鼠从术前第7 d开始直到术后第14 d被处死,期间饲喂高脂饮食。术前第7 d开始由专人使用大鼠喂药器给大鼠饲喂药物,一直持续到术后第14 d,手术当天不暂停。分组用药方案为:空白对照组在研究期间不饲喂任何药物;沙格雷酯组在研究期间每天饲喂沙格雷酯100 mg/kg;氯吡格雷组在研究期间每天饲喂氯吡格雷20 mg/kg。
1.2.2 大鼠颈动脉球囊损伤模型的建立
SD大鼠称重后,腹腔注射0.3%戊巴比妥钠(1 mL/100 g)进行麻醉。麻醉成功后,将大鼠固定于解剖台上,于大鼠左侧颈部做斜形切口,解剖大鼠左侧的颈总动脉、颈内动脉和颈外动脉,分别套阻断带备用。向颈总静脉内注射肝素(200 U/kg)进行全身肝素化,然后依次阻断颈内动脉和颈总动脉,切开颈外动脉,经过颈外动脉逆行置入4 F Fogarty球囊导管(球囊长度2 cm)至颈总动脉分叉部位近段2 cm处,利用压力泵以5个大气压的压力分3次球囊扩张颈总动脉,每次扩张时间10 s。取出球囊导管,结扎颈外动脉。关闭颈部切口。
1.2.3 大鼠颈动脉球囊损伤标本取材
上述大鼠继续饲喂高脂饮食和药物14 d后,再次进行麻醉(方法同上)。麻醉成功后,固定于操作台上,从原切口进入,逐层分离,取颈动脉分叉部位下方约2 cm的颈总动脉标本,注意去除脂肪和血管周围组织。固定于4%的甲醛溶液中。取材完成后,通过颈静脉注射空气针,处死大鼠。
1.2.4 标本处理和组织形态学分析
将取材的标本(总长度2 cm)均分为4个部分,每部分0.5 cm,包埋于石蜡中进行切片,厚度5μm。对切片进行HE染色,每个部分观测两个切片。每个切片取8个点,观察内膜、中膜的厚度和面积,内膜增生的程度以内膜和中膜厚度比(内膜厚度/中膜厚度)和内膜和中膜面积比(内膜面积/中膜面积)表达。
1.2.5 免疫组织化学方法检测平滑肌细胞增殖情况
3%过氧化氢甲醇溶液室温浸泡标本3次,每次5 min,阻断内源性过氧化物酶活性,PBS反复洗脱3次。然后在含有10%非活化马血清(horse serum,HS)的PBS中室温下孵育30 min,以减少非特异性结合。PBS反复洗脱3次。以抗大鼠PCNA单克隆抗体〔浓度1∶1 000,艾博抗(上海)贸易有限公司〕的PBS(溶液中含有1.5% HS)在室温下孵育60 min。再次用PBS反复洗脱3次。然后HE反染色。VSMC中,细胞核染成棕色的细胞被视为PCNA阳性细胞,提示细胞增殖。应用VIDAS计算机图像分析系统随机检测每个切片中8个高倍(×400)视野,测量PCNA阳性细胞吸光度值、个数和VSMC总数,计算VSMC中PCNA阳性细胞率(PCNA阳性细胞数/VSMC总数×100%),并计算各项平均值。
1.3 统计学方法
采用SPSS软件(Chicago IL,USA,第19版)对数据进行分析。数据用均数±标准差(
2 结果
2.1 组织形态学变化情况
组织形态学分析结果见图 1和表 1。空白对照组相对于沙格雷酯组和氯吡格雷组,球囊损伤后颈动脉内膜明显增厚(图 1)。从表 1可见,颈动脉球囊损伤后第14 d时,中膜的厚度和面积在沙格雷酯组和氯吡格雷组虽均低于空白对照组,但差异并无统计学意义(P > 0.05)。内膜的厚度和面积以及内膜/中膜厚度比和面积比在沙格雷酯组和氯吡格雷组均明显低于空白对照组,差异有统计学意义(P < 0.001)。沙格雷酯组与空白对照组相比,平均内膜厚度和面积分别减少了75.15%(P < 0.001)和83.72%(P < 0.001),平均内膜/中膜厚度比和平均内膜/中膜面积比分别减少了76.12%(P < 0.001)和84.01%(P < 0.001);氯吡格雷酯组与空白对照组相比,平均内膜厚度和平均内膜面积分别减少了72.79%(P < 0.001)和81.40%(P < 0.001),平均内膜/中膜厚度比和平均内膜/中膜面积比分别减少了73.13%(P < 0.001)和81.98%(P < 0.001)。沙格雷酯组与氯吡格雷组比较,各项指标比较差异均无统计学意义(P > 0.05)。


2.2 免疫组织化学染色结果
免疫组织化学检测结果见表 2。从表 2可见,与空白对照组比较,沙格雷酯组和氯吡格雷组PCNA表达的吸光度值和阳性细胞率均明显降低(P < 0.001),但沙格雷酯组和氯吡格雷组间比较差异无统计学意义(P > 0.05)。

3 讨论
VSMC和内皮细胞在保持动脉壁的结构和功能上扮演着重要的角色。当动脉表面的内皮被球囊扩张的过程破坏时,内膜损伤的区域将迅速被血小板黏附聚集覆盖。活化的血小板释放包括PDGF和碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)在内的多种生长因子和血管活性物质,促进中膜中的平滑肌细胞开始增殖并向内膜迁移,并合成分泌大量的细胞外基质[10-11]。氯吡格雷能通过抑制血小板功能,减少PDGF、bFGF等的表达[12-13],减少动脉损伤后动脉壁的病理改变[14-15],显著抑制血管损伤的新生内膜增生[16-17],与本研究结果相符合。
在体外研究和临床研究[14]中均已经证实,在血管损伤部位,激活了的血小板还能分泌出5-HT,从而使其局部浓度显著升高。5-HT能经过5-HT2A受体介导直接作用于动脉的VSMC,从而促进VSMC的收缩和增殖,而且5-HT可能同时会上调PDGF、bFGF等其他生长因子和缓激肽等其他血管活性物质,从而进一步促进VSMC的增殖[18-19]。沙格雷酯通过选择性地拮抗5-HT2A受体,能抑制5-HT诱导的血小板聚集并抑制VSMC收缩和增殖,从而达到减少新生内膜增生的作用[20];与此同时,5-HT2A受体的抑制可以间接增加5-HT对血管内皮细胞5-HT1B受体的作用,产生更多的一氧化氮从而扩血管、增加血流[21]。本研究结果显示,与空白对照组相比,沙格雷酯能将球囊损伤后大鼠颈动脉内膜增生厚度降低75.15%(P < 0.001),这与一些已经发表的研究结果[4, 8, 12, 15]是类似的。
PCNA又称细胞周期蛋白,是一种核内蛋白质,是DNA聚合酶δ的辅助因子,集中分布于增殖细胞有丝分裂的G1晚期和S早期的核仁,参与DNA合成和复制,其合成率与细胞DNA复制直接相关,PCNA表达为细胞进入细胞周期进行DNA复制和分裂增殖所必需,可作为判断细胞增殖与否的直接而可靠的指标[22]。本研究采用免疫组织化学技术观察到沙格雷酯组和氯吡格雷组大鼠VSMC中的PCNA表达,无论是PCNA阳性细胞率还是吸光度均显著低于空白对照组,这种作用是在多种胞内信息传递环节的参与下发生的[23-24]。
本研究沿袭了最常采用的小动物颈动脉球囊损伤模型,为了减少年龄与性别对研究结果的影响,本研究中采用了同样周龄的雄性大鼠。本研究结果显示,与空白对照组相比,沙格雷酯和氯吡格雷能明显降低球囊损伤后大鼠颈动脉内膜增生厚度(P < 0.001),而沙格雷酯组与氯吡格雷组相比两组之间比较差异无统计学意义(P > 0.05)。
本研究还存在一些局限:①研究的实验动物数量较少,使统计分析的效能受到影响。②高脂喂养的动物模型,在动脉受到球囊损伤后,其内膜增生的过程和病理生理改变与人类的动脉行球囊扩张或支架后的修复过程尚存在一定的差异。如前者,由于高脂饮食的影响,在内膜下富有大量的脂质沉积,并可见到大量的吞噬脂质的巨噬细胞。因此,本动物模型的结果还不能被不加限制地推广到人类。③阿司匹林是最传统的也是最常规使用的抗血小板药物,也是在诸多实践指南中被最多地推荐应用于血管成形术后的抗血小板药物[25]。本研究并没有将阿司匹林的应用纳入到实验中。事实上,在临床应用中,双重抗血小板方案正在越来越广泛地被应用和接受,这种双重抗血小板方案可以是阿司匹林联用氯吡格雷,也可以是阿司匹林联用沙格雷酯或其他的抗血小板药物。本研究的结果可能对双重抗血小板方案的选择提供一些思路。④本研究中,没有检测PDGF等关键生长因子的表达情况,尚不清楚在实验组尤其是沙格雷酯组,PDGF的表达是否受到抑制,与氯吡格雷是否存在差异,这可以作为下一步研究的方向之一。