美国心脏协会。2016年4月;5(4):e003277。
沙格列汀和他达拉非对环鸟苷单磷酸的不同改变(cGMP公司)主动脉环扎小型猪的信号和左心室功能
、理学学士、,1 ,博士,5 ,博士,5 ,博士,1,4 ,理学硕士,1,4 、理学学士、,1 、理学学士、,1 、理学学士、,1 ,博士,1 ,CLT中,6 ,医学博士,6 、理学学士、,三 、理学学士、,1 ,医学博士,7 ,博士,2 ,博士,1,2,4 ,医学博士,2,4 ,博士,2和,博士1 杰西卡·希姆斯特拉
1密苏里州哥伦比亚密苏里大学生物医学系
李东一
5马里兰州巴尔的摩约翰霍普金斯医疗机构心脏科
哈立德·查基尔
5马里兰州巴尔的摩约翰霍普金斯医疗机构心脏科
曼努埃尔·古铁雷斯‐阿吉拉尔
1密苏里州哥伦比亚密苏里大学生物医学系
4密苏里州哥伦比亚密苏里大学道尔顿心血管研究中心
库尔特·马歇尔
1密苏里州哥伦比亚密苏里大学生物医学系
4密苏里州哥伦比亚密苏里大学道尔顿心血管研究中心
帕梅拉·扎戈达
1密苏里州哥伦比亚密苏里大学生物医学系
诺伊兰·克鲁斯·里维拉
1密苏里州哥伦比亚密苏里大学生物医学系
布莱恩·弗格森
1密苏里州哥伦比亚密苏里大学生物医学系
卡罗琳·谢尔夫
三密苏里州哥伦比亚密苏里大学兽医病理学系
简·R·艾维
1密苏里州哥伦比亚密苏里大学生物医学系
吉安马利亚·米内尔维尼
7阿斯利康,宾夕法尼亚州华盛顿堡
凯里·麦克唐纳
2密苏里哥伦比亚大学医学药理学和生理学系
克里斯托弗·贝恩斯
1密苏里州哥伦比亚密苏里大学生物医学系
2密苏里州哥伦比亚密苏里大学医学药理学和生理学系
4密苏里州哥伦比亚密苏里大学道尔顿心血管研究中心
梅克·克伦茨
2密苏里州哥伦比亚密苏里大学医学药理学和生理学系
4密苏里州哥伦比亚密苏里大学道尔顿心血管研究中心
蒂莫西·多梅耶
2密苏里哥伦比亚大学医学药理学和生理学系
克雷格·埃姆特
1密苏里州哥伦比亚密苏里大学生物医学系
1密苏里州哥伦比亚密苏里大学生物医学系
2密苏里哥伦比亚大学医学药理学和生理学系
三密苏里州哥伦比亚密苏里大学兽医病理生物学系
4密苏里州哥伦比亚密苏里大学道尔顿心血管研究中心
5马里兰州巴尔的摩约翰霍普金斯医疗机构心脏科
6梅奥诊所,明尼苏达州罗切斯特
7阿斯利康,宾夕法尼亚州华盛顿堡
通讯作者。 *通信地址:Craig A.Emter,博士,密苏里哥伦比亚大学生物医学系,1600 E Rollins,E117 Veterinary Medicine,Columbia,MO 65211。电子邮件:乌德·伊鲁西姆@cretme 版权©2016作者。Wiley Blackwell代表美国心脏协会出版。 这是一篇根据创意共享署名-非商业性-无衍生许可证,允许在任何媒体中使用和分发,前提是正确引用了原始作品,使用是非商业性的,并且没有进行任何修改或改编。 摘要
背景
心力衰竭时可能会干扰环磷酸鸟苷蛋白激酶G磷酸二酯酶5的信号传导(高频)射血分数保持不变,导致心脏重塑和功能障碍。本研究的目的是使用二肽基肽酶4抑制剂沙格列汀和磷酸二酯酶5抑制剂他达拉非操纵环磷酸鸟苷信号传导。我们假设环磷酸鸟苷的保存cGMP公司信号转导可减轻病理性心脏重塑并改善左心室(低压)功能。
方法和结果
我们评估了低压主动脉带猪的器官和细胞肥大和功能。所有组的同心圆肥大相等,但低压胶原蛋白沉积仅在高频动物。沙格列汀和他达拉非预防纤维化重塑与血浆神经肽Y水平相关。Saxagliptin保存较好低压通过维持正常的收缩和舒张功能低压心室容积和收缩力(收缩末期压力与容积的关系,可补充预负荷软件)同时防止舒张早期/晚期纵向应变率的变化。功能类似于高频他达拉非治疗动物组,包括增加低压收缩性,腔室容积减少,纵向、周向和径向力学降低。Saxagliptin和他达拉非阻止了在高频动物。沙格列汀增加磷酸二酯酶5活性,而他达拉非增加环磷酸鸟苷水平;然而,这两种药物在下游都没有增加一包活动。早期线粒体功能障碍,明显表现为钙潴留能力下降和复合物二依赖性呼吸控制高频和他达拉非治疗的动物。
结论
沙格列汀和他达拉非均能阻止增加低压胶原蛋白沉积与血浆神经肽Y水平升高的减弱有关。考虑到沙格列汀对综合性心力衰竭的综合作用,沙格列汀在保留射血分数的情况下治疗心力衰竭似乎更为优越低压收缩和舒张功能。
关键词:cGMP公司‐一包‐产品开发工程师5、射血分数保持的心力衰竭、压力过载、沙格列汀、他达拉非
主题类别:心力衰竭、肥大、转化研究、超声心动图、细胞信号/信号转导
介绍
舒张功能障碍在射血分数保持的心力衰竭(HFpEF)中起着重要作用,许多因素导致了该病,包括左心室肥厚、心肌纤维化、钙再摄取受损和能量异常。1,2,三,4环磷酸鸟苷(cGMP)水平调节许多调节舒张功能的信号通路,可能抑制心室肥厚和僵硬,同时促进舒张舒张。5,6,7,8越来越多的证据表明,HFpEF患者的cGMP信号级联受到干扰,可能导致舒张功能障碍。4,5,9,10cGMP信号可能通过3种主要的细胞机制在HF中减少:(1)通过上调特异性磷酸二酯酶(PDEs)增强分解代谢;(2) 跨膜相关颗粒鸟苷酸环化酶受体的钠尿肽激活受损导致合成减少;或(3)通过可溶性鸟苷酸环化酶降低一氧化氮(NO)刺激和/或反应性。5
另一种可能影响cGMP信号传导的方法是抑制酶二肽基肽酶4(DPP-4)。DPP‐4将N端部分从完整的脑钠肽(BNP)中分离出来1–32,产生BNP3–32与全肽相比,其对心肌、血管和肾脏的影响显著降低。11,12,13DPP‐4还可降低NO的生物利用度。14LCZ696(一种血管紧张素受体拮抗剂和奈普利素抑制剂的组合)在减少利钠肽裂解产物方面的积极作用和最近美国食品和药物管理局的批准,突出了在心衰中保持完整BNP的治疗效果。15目前的研究扩展了这一概念,以评估和对比PDE5和DPP‐4抑制促进cGMP的功效。因此,本研究的目的是通过2种机制评估促进cGMP信号传导对左室重塑和功能的影响:(1)用DPP-4抑制剂沙格列汀刺激cGMP合成;(2)使用PDE5抑制剂他达拉非降低cGMP分解代谢。我们在主动脉条带小型猪身上进行了这些实验,表现出HFpEF的关键临床特征,包括静息时射血分数保持不变、舒张功能障碍、收缩储备下降、左心室纤维化和肺充血。16,17,18,19虽然我们最初假设在HF的实验环境中保持cGMP水平可以减轻病理重塑并保持正常的左室功能,但我们的结果表明,沙格列汀和他达拉非的心肌作用独立于增加下游蛋白激酶G(PKG)活性。
方法
主动脉扎带
正如我们实验室之前报道的那样,24周内通过主动脉结扎诱发HF16,17,18经过修改。这些改进包括使用小猪(3个月大)和减少后负荷(50毫米汞柱)。根据体重(10–15 kg)和心脏功能匹配完整的雄性尤卡坦小型猪,并将其分为4个实验组:未捆绑未治疗对照组(CON;n=6)、主动脉捆绑未治疗HF组(HF;n=7)、主动脉捆扎他达拉非治疗HF(HF‐TAD;n=8)和主动脉捆扎沙格列汀治疗HF组别(HFSAX;n=8)。主动脉带位于升主动脉周围(头臂动脉近端),收缩压跨狭窄梯度约为50 mm Hg(HF、HF-TAD和HF-SAX分别为50±1、50±3、48±2),P(P)=NS)。所有猪的主动脉带均在同等血流动力学条件下设置,其特征是外周血管平均动脉压≈90 mm Hg(HF、HF-TAD和HF-SAX分别为90±1、92±1、90±1),P(P)=NS)麻醉下使用苯肾上腺素(静脉注射1–3μg kg−1最小值−1)心率≈100次/分(HF、HF-TAD和HF-SAX分别为96±6、112±6和102±6),P(P)=NS)。主动脉结扎后一周,用他达拉非(2 mg·kg)治疗−1每日两次,口服;伊利·莉莉,印第安纳波利斯,印第安纳州)或沙格列汀(10 mg·kg−1·天−1,口服;阿斯利康糖尿病联盟开始并持续了23周。给动物喂食平均每天15–20 g/kg的标准饮食,并随意提供水。所有动物协议均符合“测试研究和训练中使用的脊椎动物的使用和护理原则”,并经密苏里大学动物护理和使用委员会批准。
终端研究
最初用特拉唑(5 mg·kg)麻醉动物−1)/木聚嗪(2.25 mg·kg−1)异丙酚(6~10mg·kg)混合维持−1·最小值−1如前所述。17肝素的初始负荷剂量为300 U/kg静脉注射,随后每小时维持100 U/kg。进行胸骨正中切开术,并使用经校准的5F导纳型ADVantage导管(Transonic Systems,Inc.;Ithaca,NY)测量压力-容积(P‐V)环,该导管通过一个小的心尖切口放置在左室。经股深静脉将14F球囊封堵导管插入心尖水平的下腔静脉。
体内心血管功能
P‐V实验按照之前发布的方法进行。18简单地说,放置导管后,让动物稳定10分钟,直到建立休息的基线内稳态。在通过球囊导管充气暂时闭塞下腔静脉以降低预载的条件下记录P‐V环。使用Lab Scribe软件(iWorx;Dover,NH),使用至少10个连续的心脏循环生成左室功能指数,包括以下内容:心率、左室收缩末期和舒张末期容积、左室舒张末期压力、射血分数和中风容积。使用至少15个持续减少预负荷的连续心脏周期测量左室收缩力和僵硬指数,包括收缩末期压力-容积关系(ESPVR)、预负荷可恢复性卒中功(PRSW)和舒张末期压力-容量关系(EDPVR)。采用二次拟合确定ESPVR和PRSW,采用指数拟合计算EDPVR。
药物动力学-他达拉非和沙格列汀
通过对沙格列汀和他达拉非的尤卡坦小型猪的单独一组农场猪进行专门的药代动力学研究,确定了这两种治疗的剂量。沙格列汀以10、15或30 mg·kg的剂量口服−1在给药后0.25、0.5、0.75、1、1.5、2、4、6、8和24小时收集的血浆中评估药物水平和DPP‐4活性。剂量为10 mg·kg−1在24小时内对DPP-4活性产生至少85%的抑制作用。HF‐SAX组随后获得的稳态谷值证实,10 mg·kg−1每天一次的沙格列汀剂量保持了至少85%的DPP-4活性抑制。口服他达拉非,剂量分别为1、3和8 mg·kg−1在口服给药后0.25、0.5、0.75、1、1.5、2、4、24、48和72小时采集血样。每种剂量水平连续3周,每隔7天给同一研究动物服用一次。虽然尚未建立血浆浓度与疗效的直接关系,但他达拉非的总血浆浓度为55 ng/mL(≈90%体外酶抑制)是临床开发的合理药效学目标。20建立了血浆他达拉非水平的模型,剂量为2 mg·kg−12次/天(总计4 mg·kg−1·天−1)在所有动物中确认血浆稳态谷浓度>50 ng/mL时,选择。
经胸M型和二维斑点追踪超声心动图
在特拉唑/甲苯噻嗪镇静(2.25/1.12 mg·kg)下对动物进行经胸超声心动图检查−1)如前所述,捆扎6个月后,仰卧/右侧位。17,18,19使用带有2.5 MHz换能器的GE Vivid I超声波系统在中毛细血管水平记录短轴二维M型图像,并使用GE EchoPac软件离线执行所有分析。LV室尺寸包括LV舒张内径(LVIDd)、LV收缩内径、LV壁厚(LV收缩壁厚;LV舒张壁厚,LV WTd)和室间隔壁厚(室间隔收缩壁厚,IVS WTs;室间隔舒张壁厚(IVS WTd))根据M模式记录计算得出。相对壁厚(归一化为LVIDd)计算为(LV WTd+IVS WTd)/LVIDd×1000。从心尖4腔和短轴2维视图(在二尖瓣和心尖水平获取)生成LV和隔膜的六个节段,并取其平均值,以确定纵向、径向、,以及使用二维散斑跟踪的3个心脏周期的周向。17,18,21扭转计算为二尖瓣和心尖收缩期末旋转(度)之间的差异,并按上述左室肥厚(壁厚)和舒张末期室长进行标准化。17,22
心肌细胞形态和功能测定
如前所述,从离体心脏的左心室楔形物中酶分离左心室心肌细胞。16,23与[Ca同时监测心肌细胞收缩活性的实验2+]我使用IonOptix钙和收缩记录系统(马萨诸塞州米尔顿市IonOptex)在34°C至36°C下进行。用fluo-4/AM(5μmol/L fluo-4AM,10分钟,40–60分钟洗涤)负载肌细胞,并用含有(mmol/L):135 NaCl,5 KCl,2 CaCl的生理盐水溶液过度溶解2,1氯化镁2, 10d日葡萄糖,10 HEPES,1 NaHCO3,pH 7.4,NaOH。使用电场刺激(S48;Grass Instruments,Warwick,RI)诱导动作电位(0.25、0.5和1 Hz),铂电极放置在镀液边缘。动作电位诱导钙2+瞬变和L秒使用Ionwizard 6.3软件(IonOptix)对缩短进行离线分析,并评估以下参数:(1)Ca2+瞬态振幅(ΔF/F0,其中F0是Ca之前的荧光2+瞬态和ΔF=F峰值−F0); (2) 舒张肌节长度;和(3)缩短幅度(L0−L),其中L0是舒张期肌节长度,L是缩短最低点的肌节长度。获得了4到6个连续稳态瞬态值,并对其进行平均,以获得每个电池每个参数的单个平均值。为了进行细胞形态测量,将心肌细胞培养在钙中2+添加1 mmol/L EGTA和20 mmol/L2,3-丁二酮一肟的无盐生理盐水。获得了透射光图像(1024×1024像素,每像素0.22μm),长度和宽度定义为垂直于(长度)和平行于(宽度)肌节条纹的最长内部尺寸。
蛋白质水平
如前所述,使用蛋白质印迹分析测定蛋白质水平6,16,19,24在含有150 mmol/L NaCl、10 mmol/L-Tris pH 7.4、1 mmol/L-EDTA、1%Triton X‐100和蛋白酶/磷酸酶抑制剂(Halt,Thermo Scientific)的缓冲液中。超声处理后,裂解物在17000℃下离心克持续10分钟以去除不溶性物质,然后通过Bradford分析(Bio‐Rad)测定样品浓度。在转移到聚偏二氟乙烯(PVDF)膜之前,在10%SDS‐PAGE凝胶上运行SDS加载缓冲液中等量的蛋白质。在10%脱脂乳中阻断一级抗体后,Akt(60 kDa;细胞信号技术,1:500)、磷酸化Akt(60 kDa,Ser 473;细胞信号技术,1:500)、ERK1/2(42和44 kDa;细胞信号技术,1:500)、磷酸化ERK1/2(42和44 kDa,Thr 202/Thr 204;细胞信号技术,1:500)、SAPK/JNK(46 kDa;细胞信号技术,1:500),磷酸化-SAPK/JNK(46和54 kDa,Thr 183/Thr 185;细胞信号科技,1:500,将腺嘌呤核苷酸转位酶‐1/2(33 kDa;Santa Cruz,Sc‐9299,1:1000)、电压依赖性阴离子通道(31 kDa,Abcam,ab14734,1:1000。然后将适当的碱性磷酸酶结合二级抗体(细胞信号,1:1000)涂在膜上,然后使用化学荧光在Bio-Rad凝胶Doc XR上成像(GE Healthcare Life Sciences)。
心房/BNP和神经肽Y(NPY)血浆水平
如前所述测量血浆心钠素(ANP)和BNP。25,26,27血液被吸入EDTA管并冷却,直到750离心克在4°C下保持10分钟。将1毫升血浆放入12×75‐mm的聚苯乙烯管中,冷冻直至分析。使用C‐18 Bond Elut药筒提取1毫升血浆。在用4 mL 100%甲醇和4 mL水清洗药筒后,施加血浆,并用2 mL生理盐水、6 mL水和1 mL 100%甲醇再次清洗药筒。用2 mL 75%甲醇和1%三氟乙酸洗脱ANP。将洗脱液在Savant快速真空吸尘器中干燥/浓缩过夜,并重新悬浮在300μL分析缓冲液中。将100微升标准品和样品与100微升稀释(1:150 000)的抗人ANP(凤凰药业,加利福尼亚州山景城)在4°C下培养。18小时后,100μL(10000计数)I125添加标记的ANP并在4°C下培养。培养18小时后,向所有样品中添加第二抗体,以分离游离和结合部分。对样品进行离心,抽吸游离部分,并在γ计数器上对结合部分进行计数。生成标准曲线并用于计算未知样品的浓度,以pg/mL为单位报告。标准曲线的范围为2至500 pg/mL。分析间和分析内变异性分别为9%和6%。64 pg的回收率为81±2%。与N‐ANP、BNP、C型利钠肽(CNP)、内皮素和肾上腺髓质素的交叉反应性<1%。
用2 mL 90%甲醇和1%三氟乙酸从药筒中洗脱BNP。样品在Savant Speed Vac浓缩器上干燥。将洗脱液干燥并在300μL测定缓冲液中重新配制。本试验所用的放射免疫分析法是凤凰药业(加州山景城)的一种非平衡分析法,使用对人、大鼠或犬BNP的抗体。100微升标准品或样品与100微升稀释抗体在4°C下孵育18至24小时。孵育后,10 000次碘(I125)添加BNP并在4°C下培养。孵育18小时后,向所有样品中加入100μL第二抗体(山羊抗兔)和100μL正常兔血清,以分离游离和结合部分。在1.5小时室温培养后,对样品进行离心,抽吸游离部分,并在γ计数器上对丢弃和结合部分进行计数。生成标准曲线并用于计算未知样品的浓度,以pg/mL为单位进行报告。标准曲线的范围为0.5至128 pg/mL,回收率为73%,组间和组内变异性分别为11%和7%。与ANP、CNP或内皮素-1、2、3无交叉反应。
NPY以类似于BNP的方式洗脱。在500μL分析缓冲液中重新悬浮后,将100μL标准品和未知样品与100μL兔抗人NPY在4°C下孵育过夜。培养18小时后,100μL I125添加标记抗原并在4°C下培养过夜。标准曲线的范围为5至1280 pg/mL,回收率为78%,批内变异性为10%。与ANP、BNP或CNP无交叉反应,与人类NPY和肽YY无100%交叉反应。
cGMP‐PKG‐PDE5活性和蛋白质水平
如前所述,使用商业EIA试剂盒(Amersham)检查快速冷冻LV样本的心肌cGMP水平。6,24LV样品在6%三氯乙酸中匀浆,离心,并用水饱和乙醚提取。将水相转移、冷冻干燥,并将颗粒重新悬浮在200μL溶解缓冲液中。用20μL乙酰化试剂对溶解的样品进行乙酰化,然后在4°C的96孔板中用100μL抗血清培养每个样品的50μL。2小时后,添加100μL稀释共轭物,并在4°C下培养1小时。洗涤后,立即添加200μL室温平衡酶底物(四甲基联苯胺),并在室温下摇晃培养30分钟。通过分光光度法在630nm处对颜色进行量化,并通过Bicinchonic acid法(Pierce)测量的总蛋白浓度对cGMP水平进行归一化。
在存在cGMP和ATP的情况下,在冷冻LV样品中检测体外PKG活性,允许使用前面描述的比色分析试剂盒(Cyclex)磷酸化结合底物。6,24每个样品中的10微升(30μg蛋白质),包括PKG阳性对照和90μL含有cGMP和ATP的激酶反应缓冲液,在30°C的96孔板中培养30分钟。洗涤后,加入100μL辣根过氧化物酶结合检测抗体(10H11),并在室温下培养。1小时后,清洗每个样品,并在室温下用100μL显色底物四甲基联苯胺孵育。10分钟后,向每个孔中添加100μL停止溶液,并通过分光光度法在450/540 nm的双波长下量化颜色。
如前所述,通过荧光偏振分析(分子探针)评估体外PDE5活性。6,24LV样品在裂解缓冲液(细胞信号传递)中均匀化,每个样品的1μL(3μg)与19μL含有1 mmol/L二硫苏糖醇和200 nmol/L cGMP的反应缓冲液在室温下孵育。1小时后,添加60μL固定化金属离子亲和力基荧光偏振结合溶液,并培养2小时。用分光光度法在485nm处测量荧光偏振。
DPP‐4分析
DPP‐4活性在25°C下进行测量,并使用岛津UV1650PC紫外/可见分光光度计和岛津6细胞CPS温度控制样品输送系统进行监测。1‐mL分析的化学成分包括:500μL 2X ATE(104 mmol/L ACES、104 mmol/L Tris和208 mmol/L-乙醇胺,用5 mol/L HCl调节pH至7.4)、500μL 2 mmol/L底物(Gly‐Pro‐第页硝基安乃近)和50μL血清或血浆。使用热灭活血清或血浆进行类似的阴性酶对照。在相同的缓冲液和测量条件下,使用连续2倍稀释液建立标准曲线第页硝基苯胺(800μmol/L~3.13μmol/L产品)。
线粒体分离,肿胀,钙2+滞留能力和呼吸
如前所述,分离心脏线粒体和细胞溶质部分。16,19简言之,使用Dounce均质器在含有250 mmol/L蔗糖、10 mmol/L-Tris pH 7.4和1 mmol/L-EDTA的缓冲液中均质LV组织。然后在1000℃下离心匀浆克5分钟沉淀细胞核和未破碎的细胞/碎片。然后将上清液以10000离心克将线粒体颗粒化10分钟,然后在无EDTA的均质缓冲液中洗涤两次。线粒体肿胀2+保留能力和呼吸程序如前所述。16,19简单地说,心脏线粒体被重新悬浮在含有(mmol/L):120 KCl,5 KH的缓冲液中2人事军官4和10 Tris pH 7.4,线粒体蛋白通过Bradford分析定量。通过添加CaCl在0.2 mg/mL线粒体中诱导肿胀2(10–100μmol/L),并在520 nm处进行分光光度测定。在添加Ca之前,用1μmol/L MPT抑制剂环孢霉素-A预孵育线粒体5分钟,证实线粒体通透性转换(MPT)孔负责肿胀反应2+.对于Ca2+用5 mmol/L琥珀酸、20μmol/L EDTA和1μmol/LCa激发0.1 mg/mL线粒体的保留容量2+将‐green 5N(Life Technologies)加入悬浮液中,并对其进行荧光监测(500ex,530em)。5μmol/L CaCl的顺序脉冲2然后每分钟添加一次,直到MPT孔诱导Ca产生的荧光大幅增加2+检测到释放。在添加1 mmol/L MgCl的缓冲液中使用克拉克型电极测量线粒体耗氧量2以及5 mmol/L谷氨酸和5 mmol/L苹果酸(复合物I)或10 mmol/L-琥珀酸(复合物质II)。向试管中添加0.125 mg/mL线粒体后,记录状态2(静息状态)。通过向反应混合物中添加0.2 mmol/L ADP来启动状态3。然后将寡霉素(1μmol/L)添加到悬浮液中以诱导状态4。然后根据State3/State2和State3/State4比率确定呼吸控制。
组织学和免疫组织化学
左心室的横截面采用福尔马林固定,石蜡包埋,并按照之前发表的方法进行染色以评估胶原蛋白。16,19简单地说,使用Picrosirius红色染色法对总胶原蛋白进行可视化,并使用Image‐Pro Plus分析软件(MediaCybernetics,6.2版,马里兰州贝塞斯达)对4个不同区域/动物的胶原蛋白进行量化,并以染色面积百分比表示。
统计分析
所有数据分析均使用SigmaPlot 12.3版(SysStat软件公司,加利福尼亚州圣何塞市)进行。使用重复测量方差分析(RM‐ANOVA)或单向方差分析进行治疗比较。在进行比较之前,通过方差分析确认了正态性(Shapiro–Wilk检验)和方差相等性。采用线性回归分析胶原蛋白和NPY水平之间的关系。使用Student–Newman–Keuls事后分析发现ANOVA揭示的组间差异。所有数据均为平均值±SE,显著性报告于P(P)<0.05级。
结果
cGMP‐PKG‐PDE5、DPP‐4、BNP和ANP水平/活性
与CON动物相关的LV cGMP‐PKG‐PDE5蛋白水平和活性如图所示A至E.PDE5抑制剂他达拉非的慢性治疗显著增加了cGMP水平(图A) 与CON、HF和HF-SAX组相比。HF‐TAD动物中cGMP的增加并没有转化为PKG活性的增加,PKG活性是其主要的下游效应激酶(图B) ●●●●。在HF或任一治疗组之后,PDE5蛋白水平没有变化(图C类;代表性Western blot图E) ;然而,沙格列汀增加了PDE5活性(图D) 与所有其他组相比。DPP‐4活性与CON水平相比显著降低≈70%(图F) 表明我们的沙格列汀治疗是成功的。血浆BNP无显著差异(图G) 或ANP(图H) 观察各组间的水平。
左心室cGMP公司‐一包‐产品开发工程师5,DPP公司‐4和血浆法国巴黎银行和ANP公司级别和活动。A、,cGMP公司用他达拉非治疗后,血药浓度显著升高(*P(P)<0.05与反对的论点,高频、和高频‐SAX公司). B、,一包活性不受任何处理效果的影响。C、,产品开发工程师5蛋白水平未因心力衰竭而改变。D、 萨克列汀增加产品开发工程师与所有其他组相比有5项活动(*P(P)<0.05与反对的论点和高频‐TAD公司,†
P(P)=0.058 vs高频). E、 代表性的Western blot产品开发工程师5个级别。GAPDH公司用于演示等效载荷条件。F、 沙格列汀治疗降低血浆DPP公司‐4活动与反对的论点(*P(P)<0.05与控制器). 心力衰竭对DPP公司‐4活动。G和H,血浆法国巴黎银行(G) 和ANP公司(H) 与对照组相比,主动脉结扎组的水平无变化,而与治疗无关反对的论点动物。心钠素;脑钠肽;cGMP表示环磷酸鸟苷;CON,控制;DDP‐4,二肽基肽酶4;心力衰竭;磷酸二酯酶-5 PDE5;蛋白激酶G;SAX,沙格列汀;TAD,他达拉非。
心脏重塑
HF‐TAD组的体重显著增加;因此,心脏和肺形态测量值根据体重进行了标准化,并在表中列出在所有主动脉结扎组中,无论接受何种治疗,整体心肌肥厚的程度都相似。与CON相比,仅在HF组观察到肺重量:体重比增加(表明肺充血)。肺重量:重量比与HF-TAD和HF-SAX组的CON动物相似,表明这些治疗对预防HF的临床症状有效。
表1
| 反对的论点 | 高频 | HF‐SAX公司 | 高频-TAD |
---|
大体形态 |
体重,kg | 30±1 | 29±2 | 30±1 | 34±1*,†
|
HW:BW,g/kg | 5.0±0.1 | 6.1±0.1*
| 5.9±0.2*
| 5.8±0.3*
|
肺:体重,g/kg | 7.1±0.2 | 8.3±0.4*
| 7.6±0.2 | 6.6±0.3‡
|
LV+S:BW,g/kg | 3.3±0.1 | 3.9±0.1*
| 3.8±0.1*
| 3.7±0.2*
|
RV:BW,g/kg | 1.0±0.1 | 1.3±0.1§
| 1.2±0.1§
| 1.2±0.1§
|
心房:体重,g/kg | 0.7±0.1 | 0.9±0.1*
| 0.9±0.1*
| 0.9±0.1*
|
心肌细胞形态 |
长度,μm | 164±3 | 170±2 | 168±2 | 177±3*,†
|
宽度,μm | 29±1 | 34±1*
| 31±1 | 40±1*,†
|
长宽比 | 6.0±0.2 | 5.6±0.2*
| 6.1±0.2 | 5.1±0.2*,†
|
CON、HF、HF‐SAX和HF‐TAD组左心室的代表性组织学切片如图所示A.与CON相比,HF动物的总胶原蛋白水平(Picrosius红色染色;表示为LV染色的面积百分比)显著增加,表明纤维化加剧(图B) ●●●●。用沙格列汀或他达拉非治疗可防止主动脉结扎诱导的LV胶原含量增加。与CON动物相比,HF中循环血浆NPY水平增加(图C) ●●●●。回归线显示的累积组数据表明,LV胶原含量与NPY呈正相关(图D) ●●●●。沙格列汀和他达拉非均能减弱血浆NPY水平升高和NPY相对于胶原蛋白的右移(图C和D) ●●●●。纤维化重塑与Akt、ERK或SAPK/JNK信号的任何变化无关,因为检测到各自的蛋白磷酸化水平没有差异(图E和F) 。
左心室胶原沉积。A、 红染黑星的代表性组织切片低压显示肝纤维化加重高频组与相比反对的论点.放大倍数:×40。B、 沙格列汀和他达拉非均能阻止主动脉环扎诱导的总胶原沉积增加(*P(P)<0.05与反对的论点). C、 增加NPY(净现值)中的级别高频与相比反对的论点动物在高频‐SAX公司和高频‐塔德组(*P(P)<0.05与反对的论点). D、 线性回归显示总胶原蛋白和NPY(净现值)萨格列平和他达拉非均减弱了高频动物。E、 左心室Akt,ERK公司、和SAPK公司/JNK公司主动脉结扎6个月后的蛋白质水平。Akt的活化蛋白水平(以磷酸化蛋白与总蛋白的比率表示)没有差异,ERK公司,或SAPK公司/JNK公司在主动脉结扎动物中,与控制器组。F、 总Akt和磷酸化Akt的代表性Western blot,ERK公司1/2,和SAPK公司/JNK公司蛋白质水平。CON表示控制;ERK,细胞外信号调节激酶;心力衰竭;左心室;神经肽Y;SAX,沙格列汀;TAD,他达拉非。
通过超声心动图评估左室形态支持我们的尸检数据(表). 主动脉环扎增加了舒张壁厚度,主要是在室间隔壁(IVS WTd),但与CON相比,无论何种治疗,都没有改变左室舒张内径(LVIDd)。所有主动脉结扎组的相对壁厚(归一化为LVIDd)也显著升高。总之,这些发现反映了向心性肥厚重塑。
表2
| 反对的论点 | 高频 | HF‐SAX公司 | 高频-TAD |
---|
LVIDd(厘米) | 5.0±0.2 | 4.6±0.1 | 4.5±0.1 | 4.6±0.1 |
LVID(厘米) | 2.7±0.1 | 2.4±0.1 | 2.6±0.1 | 2.7±0.1 |
LV重量(cm) | 0.49±0.04 | 0.58±0.03 | 0.54±0.05 | 0.60±0.03 |
LV重量,cm | 1.2±0.1 | 1.2±0.1 | 1.2±0.1 | 1.3±0.1 |
IVS重量,厘米 | 0.80±0.05 | 1.01±0.03*
| 0.95±0.03*
| 0.96±0.05*
|
IVS重量,厘米 | 1.5±0.1 | 1.6±0.1 | 1.4±0.1 | 1.5±0.1 |
相对LV+IVS WTd | 262±17 | 352±14*
| 327±15*
| 337±17*
|
分离的心肌细胞形态与我们的尸检和超声检查结果基本一致(表,CON:n=6只动物,180个细胞;HF:n=7只动物,209个细胞;HF-SAX:7只动物,210个细胞;HF‐TAD:n=8只动物,198个细胞)。与CON组相比,HF和HF‐TAD动物的细胞宽度显著增加,HF‐的TAD动物细胞长度也增加。与CON相比,HF和HF‐TAD中观察到的长宽比下降反映了一个典型的向心性肥大的细胞指标。与CON组相比,HF-SAX组动物的细胞宽度、长度和长宽比相同。
收缩功能
静息血流动力学和左心室功能数据如表所示(典型的压力-体积回路如图所示). 所有组的心率和收缩末压均相同。与CON相比,HF和HF‐TAD组的收缩末期容积均降低,HF‐SAX动物的收缩末期容积保持不变。所有组的左心室射血分数和卒中容积相等,表明在存在HF临床标志物(即肺充血,HFpEF的标志性特征)的情况下,静息时收缩功能保持不变。与之前在我们的猪模型和人类HFpEF中的观察结果类似,1,2,23与CON组相比,HF组动物的左心室收缩力(以ESPVR和PRSW测量)显著增加。他达拉非不能阻止主动脉结扎诱导的左室收缩力增加,事实上,他达拉非使PRSW增加到HF组观察到的水平以上。Saxagliptin部分减弱了这种反应,因为ESPVR显著低于HF和HF‐TAD组,PRSW值是主动脉束组中最低的。
单个代表性P-V回路反对的论点(A) ,高频(B) ,高频‐SAX公司(C) 、和高频‐TAD公司(D) 动物。CON表示控制;EDPVR,舒张末期压力-容积关系;ESPVR,收缩末期压力-容积关系;心力衰竭;P‐V,压力‐体积;SAX,沙格列汀;TAD,他达拉非。
表3
| 反对的论点 | 高频 | HF‐SAX公司 | 高频-TAD |
---|
收缩功能 |
心率,次/分 | 102±9 | 97±4 | 103±3 | 108±4 |
LV血沉,毫升 | 42±6 | 21±4*
| 33±7 | 25±3*
|
低压静电除尘器,毫米汞柱 | 62±4 | 69±4 | 69±5 | 77±7 |
LV-EF,% | 55±6 | 67±5 | 62±6 | 66±3 |
LV SV,毫升 | 50±5 | 42±3 | 50±4 | 46±3 |
ESPVR,毫米汞柱/毫升 | 5±1 | 13±1*
| 8±1‡,§
| 14±2*
|
PRSW,毫米汞柱 | 52±4 | 76±3*
| 69±5*
| 90±4*,†
|
舒张功能 |
LV EDV(毫升) | 92±2 | 63±3*
| 83±9‡
| 70±5*
|
低压EDP,毫米汞柱 | 7±1 | 9±1 | 9±1 | 11±1*,†
|
EDPVR,毫米汞柱/毫升 | 0.011±0.001 | 0.021±0.002*
| 0.017±0.002*
| 0.021±0.002*
|
我们还检测了细胞缩短(CON:n=6只动物,15个细胞;HF:n=7只动物,24个细胞;HF-SAX:n=8只动物,18个细胞;Ff-TAD:n=5只动物,11个细胞)和钙瞬变(CON:n=4只动物,10个细胞在分离的LV心肌细胞中,起搏频率增加(0.25、0.50和1.0 Hz)。CON组的典型缩短和钙瞬变说明了我们的实验范式,如图所示A.负缩短频率关系,HF的细胞特征,28在HF组与CON组动物的绝对长度比较中观察到(图B类;组×起搏相互作用)和相对于0.25 Hz(图C类;组×起搏交互作用)。沙格列汀和他达拉非均能阻止主动脉结扎诱导的负缩短频率关系。然而,在所有起搏频率下,HF‐TAD组的绝对缩短值均显著低于CON水平,在0.5 Hz和1.0 Hz时,HFSAX组的绝对短缩值均显著降低。钙瞬态振幅平行下降(图D;组×起搏相互作用)。
细胞缩短/延长对心肌细胞频率的依赖性(反对的论点:n=6只动物,15个细胞;高频:n=7只动物,24个细胞;高频‐SAX公司:n=6只动物,18个细胞;高频‐TAD公司:n=6只动物,11个细胞)和钙瞬变(控制器:n=4只动物,10个细胞;高频:n=7只动物,20个细胞;高频‐SAX公司:n=6只动物,13个细胞;高频‐TAD公司:n=6只动物,9个细胞)。A、 在0.25、0.5和1.0 Hz时,从反对的论点小组展示实验设计。B和C,在高频组与相比反对的论点从绝对值(B,RM方差分析组×起搏相互作用,P(P)<0.05; *P(P)与所有组相比<0.05,†
P(P)<0.05反对的论点与高频‐TAD公司)和相对透视(C,归一化为0.25 Hz,RM方差分析组×起搏相互作用,P(P)<0.05*P(P)<0.05高频与所有组相比,‡
P(P)<0.05控制器与高频). D、 钙[Ca2+]我瞬态振幅(ΔF/F0)年减少高频‐TAD公司与0.25‐Hz起搏频率下的所有组相比(RM方差分析组×起搏相互作用,P(P)<0.05; *P(P)<0.05高频‐TAD公司vs所有组)。E和F,以绝对(E)和相对(F;归一化为0.25 Hz)舒张肌节长度表示的细胞延长对心肌细胞频率的依赖性。撒格列汀保持正常的舒张肌节长度,随着心脏起搏频率的增加,舒张肌节明显缩短高频和高频‐TAD公司组与相比反对的论点(RM方差分析,组×起搏交互,P(P)<0.05; *P(P)<0.05高频与所有组相比,†
P(P)<0.05反对的论点与高频‐TAD公司,‡
P(P)<0.05高频与反对的论点和高频‐SAX公司;§
P(P)<0.05高频‐SAX公司与高频‐TAD公司). CON表示控制;心力衰竭;SAX,沙格列汀;TAD,他达拉非。
主动脉束带改变了左室力学,表明收缩功能受损。图中显示了说明整体纵向应变的典型二维散斑跟踪超声心动图图像A通过D并证明整体纵向应变的减少(图E) 与CON相比,HF组出现了这种效应。HF‐SAX动物也出现了这种效果。与图中显示的心肌细胞缩短数据一致B、 与所有其他组相比,HF‐TAD组的整体纵向、周向和径向应变降低,收缩力学受损程度更大(图E) 。扭转保持不变(图F) 或增加(当归一化为心脏重塑时;图G隔板,图与CON动物相比,HF中的H-LV)。在HF-TAD和HF-SAX动物中观察到HF组正常扭转的增加均被阻止。
整体收缩低压应变和扭转。A至D,代表2夏令时个人超声心动图反对的论点(A) ,高频(B) ,高频‐SAX公司(C) 、和高频‐TAD公司(D) 在所有主动脉带组中,突出显示的动物整体纵向峰值收缩应变降低(并且在更大程度上高频‐TAD公司). E、 两组患者的整体纵向收缩末期应变均降低高频和高频‐SAX公司与反对的论点组。HF的这种作用在高频‐TAD公司动物。收缩末期的整体周向和径向应变在高频‐TAD公司与所有其他组相比的动物(*P(P)<0.05与反对的论点,†
P(P)<0.05与高频和高频‐SAX公司). F到H,LV扭转。各组(F)的绝对扭转没有差异。扭转标准化为腔室长度和隔膜(G)或低压(H) 重塑增加高频动物与反对的论点。心力衰竭的这种影响在高频‐TAD公司和高频‐SAX公司组(*P(P)<0.05与反对的论点,高频‐TAD公司、和高频‐SAX公司)2DST表示二维散斑跟踪;CON,控制;心力衰竭;左心室;SAX,沙格列汀;TAD,他达拉非。
左室舒张功能
与CON组相比,HF和HF‐TAD组动物的左室舒张末期容积减少,HFSAX组无变化(表). 与所有其他组相比,HF‐TAD组的舒张末期压力虽然不被视为病理性(>15 mm Hg),但显著升高。与CON组相比,HF组的EDPVR斜率显著增加,表明整体左心室舒张功能障碍。沙格列汀和他达拉非均不能阻止主动脉环扎引起的舒张功能障碍。
作为舒张功能的细胞替代物,研究了静息心肌细胞肌节长度随刺激频率增加的变化。起搏引起的绝对值显著下降(图E;组×起搏相互作用)和相对于0.25 Hz(图F;HF和HF‐TAD组与CON组相比,观察到舒张肌节长度。这一发现表明舒张舒张功能受损,通过沙格列汀治疗得以预防。
图中显示了说明早期和晚期峰值纵向舒张应变率的典型二维斑点追踪超声心动图图像A至D.与CON动物相比,HF组LV整体纵向应变率降低(图E) 说明与舒张早期充盈相关的左室力学与我们的左室和细胞数据一致。用他达拉非治疗后,早期舒张力学受损程度更大,明显表现为整体纵向收缩力降低(图E) 和顶端周向应变率(图F) 与CON和HF动物相比。Saxagliptin阻止了HF组观察到的舒张早期LV力学的改变,在某些情况下也有所改善。HF‐SAX组的整体纵向应变率下降减弱(图E) ,和顶部周向应变率(图F) 和解捻(图G) 高于正常CON水平。
左心室舒张早期和晚期力学。A至D,代表2夏令时个人超声心动图反对的论点(A) ,高频(B) ,高频‐SAX公司(C) ,以及高频‐TAD公司(D) 动物强调早期:晚期全球纵向舒张应变率比率下降高频和高频‐TAD公司动物与反对的论点这种主动脉束带引起的低压舒张力学,暗示舒张功能障碍,在高频‐SAX公司组。E、 舒张早期的整体纵向应变率在高频组,并且在更大程度上高频‐塔德动物与反对的论点。HF的这种影响在高频‐SAX公司组(*P(P)<0.05与反对的论点,†
P(P)<0.05与高频,§
P(P)<0.05与高频‐SAX公司). F、 与对照组相比,HF对心尖周向舒张早期应变率无影响反对的论点动物。该平面内的机械运动在高频‐TAD公司组中增加了高频‐SAX公司组(*P(P)<0.05与反对的论点,†
P(P)<0.05与高频,‡
P(P)<0.05与高频‐TAD公司). G、,低压舒张早期解捻增加高频‐SAX公司动物(*P(P)与所有组相比<0.05)。H、,低压整体纵向舒张晚期应变率。Saxagliptin可防止舒张末期整体纵向应变率增加高频和高频‐TAD公司组(*P(P)<0.05与反对的论点,†
P(P)<0.05与高频‐SAX公司). 2DST表示二维散斑跟踪;CON,控制;心力衰竭;左心室;SAX,沙格列汀;TAD,他达拉非。
舒张末期的整体纵向应变率如图所示H.与CON相比,HF和HF‐TAD动物在舒张末期的整体纵向应变率增加。萨克列汀阻止了这种增加,因为舒张末期纵向应变率降低到CON水平以下。
LV线粒体功能
我们的研究结果表明了早期线粒体功能障碍的证据。使用Complex I基板(图A) 根据State3/State2和State3/State4比率测量的呼吸控制在不同组中保持不变。然而,使用Complex‐II基板(图B) 与CON组相比,HF‐TAD组动物的呼吸控制降低,表明呼吸解耦。根据这一结果,先前的研究表明,他达拉非可以影响骨骼肌柠檬酸合成酶,该合成酶与复合物II一起构成克雷布斯循环酶的一部分。29接下来我们评估了MPT,这是线粒体功能障碍的另一个指标。被认为构成MPT孔的蛋白质的表达没有改变,包括线粒体复合物V、复合物I、亲环素-D、线粒体磷酸载体、腺嘌呤核苷酸转位酶、电压依赖性阴离子通道和复合物II(图C和D) ●●●●。关于MPT指数,我们没有观察到钙诱导的线粒体肿胀的任何变化(图E) 。然而,与CON组相比,HF组动物的钙潴留能力(一个更敏感的MPT指数)下降(图F) 表明对钙的敏感性增加2+诱导MPT。有趣的是,在HF-SAX或HF-TAD动物中未观察到这种减少。Saxagliptin可预防主动脉环扎引起的线粒体功能障碍。
全面分离线粒体功能。A、 在分离的心肌线粒体中,以State3/State2或State3/State4比率测量的复合I依赖性呼吸控制(R.C.)在各组之间没有变化。B、 复杂二根据State3/State2或State3/State4比率测得的依赖性R.C.在高频‐TAD公司动物与控制器(*P(P)<0.05与反对的论点). C、 呼吸链和线粒体通透性转换的蛋白质印迹分析(MPT公司)孔隙成分列车自动防护系统合成酶(复合物V),NADH公司:泛醌氧化还原酶(复合物I)、亲环素-D(CypD)、线粒体磷酸载体(PiC)、腺嘌呤核苷酸转位酶(ANT公司),电压依赖性阴离子通道(VDAC公司)和琥珀酸脱氢酶(复合物二)在反对的论点,高频,高频‐SAX公司、和高频‐塔德心脏线粒体裂解物。D、 Western blot数据的量化(每组6例)。E、 Ca曲线上方面积的量化2+各组(CsA、环孢霉素-A)在分离的心肌线粒体中诱导的肿胀痕迹没有变化。F、 钙2+保留容量在高频组与相比反对的论点(*P(P)<0.05与反对的论点)表明对钙的敏感性增加2+诱导线粒体通透性转变(线粒体功能障碍的早期指标)。CON表示控制;心力衰竭;SAX,沙格列汀;TAD,他达拉非。
讨论
在本研究中,我们研究了操纵cGMP信号通路对显示HFpEF主要临床特征的主动脉带小型猪左室重构和功能的治疗作用。试验了两种不同的药理方法:(1)使用DPP-4抑制剂沙格列汀促进cGMP合成,(2)通过PDE5抑制剂他达拉非阻止cGMP分解代谢。我们的结果显示了一些新的发现:(1)在HF组观察到的LV胶原沉积增加被两种药物减弱,并与循环血浆NPY水平相关;(2) 左室整体和细胞功能明显改变,呈药物依赖性,与他达拉非相比,沙格列汀能更好地保持左室整体收缩和舒张功能;和(3)尽管两种药物治疗都明显改变了cGMP‐PKG‐PDE5信号轴,沙格列汀增加PDE5活性,他达拉非增加cGMP水平,但都没有导致下游PKG活性增加。
我们的数据表明,沙格列汀和他达拉非对HFpEF特征的左室功能有明显影响,沙格列汀的益处最大。如我们实验室所示17,23以及其他,30,31,32主动脉带猪出现显著的左室肥厚。关于我们的假设,从大体形态学角度来看,分别用他达拉非或沙格列汀治疗后cGMP水平和PDE5活性的变化并不能限制慢性压力负荷引起的左室肥厚性重塑。
然而,沙格列汀和他达拉非都能阻止主动脉条带诱导的左心室胶原沉积增加,这表明用任何一种药物治疗都可以限制有害和不可逆的心肌纤维化。药物相关的左室纤维化重塑预防与已知DPP‐4底物神经肽Y(NPY)水平的改变显著相关。在交感神经系统激活增强的疾病状态下,如糖尿病或应激性心肌病,NPY水平增加,33,34我们的结果显示HF组循环血浆NPY显著增加。人类神经肽Y与左室壁厚度、左室质量指数呈正相关,并与向心性肥厚的高风险相关。35,36Santos‐Gallego等人的一项新研究表明,Akt和ERK信号的参与对梗死猪远端心肌的心脏重塑是不可或缺的。37我们的研究结果表明,压力超负荷诱导的肥大与Akt或ERK激活的变化无关,与最近的研究类似,该研究表明慢性NPY输注可导致舒张功能障碍和并发病理性心肌肥大,包括纤维化增加,且与激活的Akt/ERK信号无关。38根据我们证明的DPP‐4活性抑制,HF‐SAX组的NPY水平如预期一样增加,但没有达到HF动物的病理水平。有限的数据支持PDE3对下丘脑神经元NPY的调节作用39; 然而,据我们所知,本研究首次证明慢性PDE5抑制后系统NPY水平发生变化。我们的结果表明,以NPY调节轴为靶点可能具有限制心力衰竭中病理性纤维重塑的治疗潜力。
我们在HF组的器官和细胞水平上观察到了许多舒张功能障碍的指标。我们实验室的当前数据和之前的工作支持线粒体功能障碍、LV纤维化增加、钙处理受损以及与此功能障碍相关的固有心肌细胞僵硬度增加的机制作用。16,18,19有趣的是,尽管沙格列汀抑制胶原沉积增加和维持正常线粒体功能,但这两种药物治疗均未能阻止主动脉环扎诱导的EDPVR增加。这一发现可能归因于大弹性细胞骨架蛋白titin磷酸化降低。PKG使titin磷酸化可降低心肌肌原纤维的被动僵硬度,最近的证据表明,人HFpEF患者分离心肌细胞中被动僵硬度的增加与cGMP水平降低和随后的PKG活性降低有关。7,8,9与这些发现相反,与CON相比,当前研究中HF组的cGMP水平和PKG活性没有改变。结合我们实验室以前的研究结果,证明了在我们的模型中TIN亚型没有改变(即N2BA:N2B比率没有改变),18我们可以合理地推测,由于PKG活性降低而导致的TIN硬度增加并不是促成我们结果的可能因素。萨克列汀治疗确实能防止起搏引起的静息心肌细胞肌节长度的减少,并与舒张早期和晚期被认为有益的左室力学改变有关。HF‐SAX组缺乏与心房收缩相关的增强力学可能是因为与被动充盈相关的舒张早期力学改善,从而否定了舒张晚期充盈增加的必要性。
从收缩角度来看,沙格列汀在保持正常左心室和细胞功能方面也有效。虽然它不能阻止HFpEF患者常见的纵向收缩应变降低,40,41,42这与较高的左室充盈压、较低的心输出量和较差的纽约心脏协会功能分级有关,40沙格列汀治疗减轻或阻止了HF组在整个心脏和细胞水平观察到的左室收缩功能的改变。HFpEF静息状态下常见的收缩增强状态减弱可能是由于HF‐SAX动物的正常左室舒张细胞力学、心肌胶原沉积、线粒体功能和心肌细胞舒张功能的保持或改善,尽管EDPVR增加。因此,HF‐SAX组这些机制的综合作用可能是保持正常的左室舒张末期容积和舒张充盈,支持最佳的粗纤维到细纤维几何形状,以维持导致正常收缩状态的Frank‐Starling机制(即心肌不在“最大”状态下运行以维持静息心输出量)。这一观点在HFpEF中表现为应激(如运动、日常生活活动)导致的心脏储备丧失,我们之前在该模型中观察到了这一点。23总的来说,我们的数据显示,沙格列汀在器官和细胞水平上阻止了HF特异性左室结构和功能的改变,这表明在心脏周期中通过维持收缩和舒张的正常整合来保护心输出量。
他达拉非治疗后观察到的左室功能变化更难解释。HF‐TAD组表现出HFpEF中常见的“收缩矛盾”特征,包括射血分数正常、卒中体积和左室收缩力增加(ESPVR和PRSW;我们的实验室显示23和其他30主动脉条带猪)的纵向、周向和径向收缩力学降低。值得注意的是,收缩力学和心肌细胞功能的变化大于在HF组观察到的变化,这意味着HF‐TAD动物的收缩功能可能受损更严重。有理由推测,用他达拉非治疗后收缩张力的降低可能反映了细胞过程促进了更甘美状态。然而,如果是这样的话,就很难理解为什么舒张期早期的应变率降低到HF动物观察到的水平之外。此外,舒张末期应变值的增加相当于在HF组中观察到的值,以及细胞水平上由起搏引起的舒张功能障碍,为HF‐TAD动物的舒张功能障碍提供了额外的支持。因此,他达拉非不太可能像HF-SAX组那样保护正常的综合心脏功能。相反,考虑到线粒体功能障碍的早期证据,我们的功能和形态学数据表明,使用他达拉非治疗对舒张功能的损害程度大于在HF动物中观察到的程度。总的来说,我们的数据不支持他达拉非改善HFpEF心脏功能障碍的疗效。
我们研究的一个主要优势是在更接近人类条件的大型动物模型中使用体内方法,提供平移影响。尽管大型哺乳动物和小型哺乳动物的心脏在寿命、心率、钙离子浓度等方面存在显著差异,但对大型哺乳动物心脏信号转导知之甚少2+处理、心肌损伤耐受性和心脏重塑进展率。43小型和大型哺乳动物心脏生物学的差异并不仅仅是学术上的。最初,来自Takimoto等人6证明了PDE5抑制的有益作用,表明西地那非可减轻主动脉带小鼠的肥厚,减少纤维化,并恢复左室舒张动力学。几项临床前和临床研究调查了保存cGMP水平的各种方法,取得了有益的结果。5,9,10,15,44,45,46然而,针对HFpEF中这种信号传导的唯一多中心研究,即RELAX试验(磷酸二酯酶-5抑制剂对保留射血分数心衰运动能力和临床状态的影响),在测试PDE5抑制剂西地那非后报告了模棱两可的结果。47我们的研究结果并没有完全重现Takimoto等人的发现。6尽管对上述研究进行直接比较很有吸引力,但更重要的是,这些差异提醒我们,将之前在啮齿动物方面的研究成果转化为大型哺乳动物和/或人类并非无关紧要,不应假设。
限制
尽管人和猪的BNP N端氨基酸序列与DPP‐4的底物特异性一致,但与人相比,猪的BNP循环水平要低得多48在解释我们的结果时,应该考虑到我们模型的这一特点。我们的结果显示,各组的血浆BNP和ANP水平没有变化,这意味着沙格列汀对肺部积液的有益作用并不依赖于不平衡的利钠肽水平。然而,我们对这些数据的解释受到方法学的限制,因为当前研究中使用的放射免疫分析检测到两种BNP1–32和BNP3–32(或总BNP),不允许测定完整BNP产品与裂解BNP产品的比率。据我们所知,我们的研究是首次在实验性HFpEF大动物模型中证明沙格列汀对心力衰竭(肺充血)临床特征的有益作用。
虽然他达拉非和沙格列汀治疗均改变了cGMP‐PKG‐PDE5信号轴,但两者均未最终转化为PKG活性的增加。尽管在研究之前通过药代动力学实验确定了每种药物的剂量,以建立与人类标准相当的最佳口服给药,但我们的研究结果可以解释为,每种药物剂量对猪来说都是次优的。相反,我们也可以认为沙格列汀的剂量是合适的,但考虑到我们研究中证明的PDE5的可塑性,由于随着PDE5活性的增加,cGMP分解代谢明显增加,最终无法提高净cGMP水平。同样,HF‐TAD组cGMP表达增加2.5倍可以解释为我们的他达拉非剂量也合适的证据。HF‐TAD动物下游PKG信号的缺乏可推断为:(1)cGMP水平的增加不足以刺激下游PKG活性;或(2)其他磷酸二酯酶(如PDE1或PDE2)的活性可能补偿了他达拉非对PDE5的抑制。事实上,PDE1和PDE2都可以调节cGMP的水解。49虽然超出了当前研究的重点,但我们的结果表明,同时服用这两种药物可以获得理想的治疗价值。
我们的结果还表明,HF组的cGMP‐PKG‐PDE5水平和活性没有变化,这一发现与人类文献并不完全一致。cGMP‐PKG‐PDE5信号轴被假设为与人类HF的病理生理学有关。6,50,51,52然而,这一发现在人类HFpEF环境中尚不明确5,9临床数据未能显示之前在多个动物模型中报告的益处。47,50例如,van Heerebeek等人9发现人HFpEF左心室cGMP和相应PKG活性水平极低,这与PDE5上调无关。无论如何,我们的研究结果表明,在我们的动物模型中,cGMP‐PKG‐PDE5信号轴的改变对HF的发展或维持不是根本的。相反,我们的数据表明,沙格列汀对心脏功能的有益影响可能是通过降低DPP‐4活性,从而降低循环NPY水平来介导的。
结论
在一个具有HFpEF关键特征的临床相关主动脉带小型猪模型中,长期使用他达拉非和沙格列汀治疗导致心力衰竭发展过程中LV功能和器官及细胞水平的重塑发生明显变化。尽管沙格列汀和他达拉非均能阻止LV胶原沉积增加,但主动脉环扎导致所有组的同心性肥大程度相似。纤维化重塑的减少与NPY血浆水平升高的减弱有关。每种药物都不同程度地改变了cGMP‐PKG‐PDE5信号轴,他达拉非增加心肌cGMP水平,沙格列汀增加PDE5活性。然而,考虑到沙格列汀对左室收缩和舒张功能的综合影响,沙格列丁似乎是治疗HFpEF的首选药物。
披露
这项研究得到了阿斯利康(C.A.Emter)的资助。
致谢
作者感谢David Kass博士、Melissa Cobb博士、Thomas Reilly博士、Charles Wiedmeyer博士、Anne Gibson和Emily Dehn博士的大量技术贡献和咨询,这些对完成研究至关重要。我们也要感谢戈尔慷慨赠予我们主动脉结扎手术中使用的血管Gore‐Tex套管。
工具书类
1Borlaug BA,Paulus WJ。射血分数保持的心力衰竭:病理生理学、诊断和治疗.欧洲心脏杂志. 2011;32:670–679.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 2Maeder MT、Kaye DM。左室射血分数正常的心力衰竭.美国心脏病学会杂志. 2009;53:905–918. [公共医学][谷歌学者] 三。Oktay AA,Rich JD,Shah SJ。射血分数保留的心力衰竭新流行.当前心脏衰竭代表. 2013;10:401–410.[谷歌学者] 4夏尔马·K,卡斯·DA。射血分数保持的心力衰竭:机制、临床特征和治疗.循环研究. 2014;115:79–96.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 5Greene SJ、Gheorghiade M、Borlaug BA、Pieske B、Vaduganathan M、Burnett JC Jr、Roessig L、Stasch JP、Solomon SD、Paulus WJ、Butler J。cGMP信号通路作为射血分数保持心力衰竭的治疗靶点.J Am心脏协会. 2013;2:e000536。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 6Takimoto E、冠军HC、Li M、Belardi D、Ren S、Rodriguez ER、Bedja D、Gabrielson KL、Wang Y、Kass DA。慢性抑制环鸟苷酸磷酸二酯酶5A预防和逆转心肌肥厚.自然·医学. 2005;11:214–222. [公共医学][谷歌学者] 7Borbely A、Falcao‐Pires I、van Heerebeek L、Hamdani N、Edes I、Gavina C、Leite‐Moreira AF、Bronzwaer JG、Papp Z、van der Velden J、Stienen GJ、Paulus WJ。僵硬N2B肌动蛋白亚型的低磷酸化提高衰竭心肌的心肌细胞静息张力.循环研究. 2009;104:780–786. [公共医学][谷歌学者] 8Kruger M、Kotter S、Grutzner A、Lang P、Andresen C、Redfield MM、Butt E、dos Remedios CG、Linke WA。蛋白激酶G通过磷酸化肌动蛋白弹簧调节人心肌被动僵硬度.循环研究. 2009;104:87–94. [公共医学][谷歌学者] 9van Heerebeek L、Hamdani N、Falcao‐Pires I、Leite‐Moreira AF、Begieneman议员、Bronzwaer JG、van der Velden J、Stienen GJ、Laarman GJ、Somsen A、Verheugt FW、Niessen HW、Paulus WJ。射血分数保持的心力衰竭患者心肌蛋白激酶G活性降低.循环. 2012;126:830–839. [公共医学][谷歌学者] 10蔡EJ,Kass DA。循环GMP信号在心血管病理生理学和治疗学中的作用.药物治疗学. 2009;122:216–238.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 11dos Santos L、Salles TA、Arruda‐Junior DF、Campos LC、Pereira AC、Barreto AL、Antonio EL、Mansur AJ、Tucci PJ、Krieger JE、Girardi AC。循环二肽基肽酶IV活性与人和实验性心力衰竭患者的心功能障碍相关.圆形心脏衰竭. 2013;6:1029–1038. [公共医学][谷歌学者] 12Brandt I、Lambeir AM、Ketelslegers JM、Vanderheyden M、Scharpe S、De Meester I。二肽基肽酶IV将完整的B型利钠肽转化为des-SerPro形式.临床化学. 2006;52:82–87. [公共医学][谷歌学者] 13Boerrigter G、Costello‐Boerriger LC、Harty GJ、Lapp H、Burnett JC Jr。Des‐丝氨酸‐脯氨酸脑钠肽3‐32在心肾调节中的作用.美国生理学杂志Regul Integr Comp Physiol. 2007;292:R897–R901。[公共医学][谷歌学者] 14Scheen AJ。格列汀的心血管效应.Nat Rev Cardiol公司. 2013;10:73–84。[公共医学][谷歌学者] 15Solomon SD、Zile M、Pieske B、Voors A、Shah A、Kraigher‐Krainer E、Shi V、Bransford T、Takeuchi M、Gong J、Lefkowitz M、Packer M、McMurray JJ;AwARBoMOhfwpefI的前瞻性比较.血管紧张素受体neprilysin抑制剂LCZ696治疗射血分数保持的心力衰竭:一项2期双盲随机对照试验.柳叶刀. 2012;380:1387–1395. [公共医学][谷歌学者] 16Hiemstra JA、Gutierrez‐Aguilar M、Marshall KD、McCommis KS、Zgoda PJ、Cruz‐Rivera N、Jenkins NT、Krenz M、Domeier TL、Baines CP、Emter CA。对旧想法的一个新的转变第2部分:环孢霉素在代偿性心力衰竭小型猪中保留正常线粒体功能,但不保留心肌细胞功能.生理学代表. 2014;2:e12050。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 17Hiemstra JA、Liu S、Ahlman MA、Schuleri KH、Lardo AC、Baines CP、Dellsperger KC、Bluemke DA、Emter CA。旧想法的一个新转折:环孢菌素作为射血分数保持的心力衰竭治疗方案的二维斑点追踪评估.生理学代表. 2013;1:e0174。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 18Marshall KD、Muller BN、Krenz M、Hanft LM、McDonald KS、Dellsperger KC、Emter CA。射血分数保持的心力衰竭:慢性低强度间歇运动训练可保持心肌氧平衡和舒张功能.应用物理学杂志. 2013;114:131–147.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 19加州埃姆特,贝恩斯CP。低强度有氧间歇训练减轻主动脉结扎小型猪的病理性左心室重构和线粒体功能障碍.美国生理学杂志心脏循环生理学. 2010;299:H1348–H1356。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 20Wrishko R、Sorsaburu S、Wong D、Strawbridge A、McGill J。每日低剂量服用他达拉非的安全性、疗效和药代动力学概述.性医学杂志. 2009;6:2039–2048. [公共医学][谷歌学者] 21Mondillo S、Galderisi M、Mele D、Cameli M、Lomoriello VS、Zaca V、Ballo P、D'Andrea A、Muraru D、Losi M、Agricola E、D'Errico A、Buralli S、Sciomer S、Nistri S、Badano L;意大利C学会超声心动图研究小组.斑点追踪超声心动图:评估心肌功能的新技术.超声医学杂志. 2011;30:71–83. [公共医学][谷歌学者] 22Russel IK、Gotte MJ、Bronzwaer JG、Knaapen P、Paulus WJ、van Rossum AC。左心室扭转在心肌功能障碍分析中的作用.JACC心血管成像. 2009;2:648–655. [公共医学][谷歌学者] 23McDonald KS、Hanft LM、Domeier TL、Emter CA。猪心肌细胞力产生和负荷缩短的长度和PKA依赖性.生物化学研究国际. 2012;2012:371415。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 24Lee DI、Zhu G、Sasaki T、Cho GS、Hamdani N、Holewinski R、Jo SH、Danner T、Zhang M、Rainer PP、Bedja D、Kirk JA、Ranek MJ、Dostmann WR、Kwon C、Margulies KB、Van Eyk JE、Paulus WJ、Takimoto E、Kass DA。磷酸二酯酶9A控制一氧化氮非依赖性cGMP和肥厚性心脏病.自然. 2015;519:472–476.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 25Burnett JC Jr、Kao PC、Hu DC、Heser DW、Heublein D、Granger JP、Opgenorth TJ、Reeder GS。充血性心力衰竭患者心房利钠肽升高.科学类. 1986;231:1145–1147. [公共医学][谷歌学者] 26塞尔哈默JJ、阿夫斯滕A、米勒JA、伦德奎斯特P、斯卡伯勒RM、莱维基JA、波特JG。猪脑钠肽的人和犬基因同源物.生物化学-生物物理研究委员会. 1989;165:650–658. [公共医学][谷歌学者] 27Sudoh T、Maekawa K、Kojima M、Minamino N、Kangawa K和Matsuo H。人脑钠肽前体cDNA的克隆与序列分析.生物化学-生物物理研究委员会. 1989;159:1427–1434. [公共医学][谷歌学者] 28Pieske B、Kretschmann B、Meyer M、Holubarsch C、Weirich J、Posival H、Minami K、Just H、Hasenfuss G。扩张型心肌病患者细胞内钙处理的变化与力-频率关系的逆转.循环. 1995;92:1169–1178. [公共医学][谷歌学者] 29Sabatini S、Sgro P、Duranti G、Ceci R、Di Luigi L。他达拉非改变C2C12骨骼肌细胞的能量代谢.生物化学学报. 2011;58:237–241. [公共医学][谷歌学者] 30石川K、阿奎罗J、Oh JG、哈穆迪N、费什LA、莱昂纳森L、皮卡托斯特B、桑托斯‐加列戈CG、费什KM、哈贾尔RJ。僵硬增加是严重主动脉狭窄猪模型的主要早期异常,在没有收缩功能障碍的情况下容易发生充血性心力衰竭.J Am心脏协会. 2015;4:e001925。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 31Yarbrough WM、Mukherjee R、Stroud RE、Rivers WT、Oelsen JM、Dixon JA、Eckhouse SR、Ikonomidis JS、Zile MR、Spinale FG。在大动物模型中逐步诱导左心室压力过载导致心肌重塑和独特的矩阵特征.胸心血管外科杂志. 2012;143:215–223.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 32叶毅、龚刚、奥奇艾K、刘杰、张杰。衰竭心脏的高能磷酸盐代谢和肌酸激酶:一种新的猪模型.循环. 2001;103:1570–1576. [公共医学][谷歌学者] 33Szardien S、Mollmann H、Voss S、Troidl C、Rolf A、Liebetrau C、Rixe J、Elsasser A、Hamm CW、Nef HM。应激性心肌病患者血清神经肽Y水平升高.国际心脏病学杂志. 2011;147:155–157. [公共医学][谷歌学者] 34Dvorakova MC、Kruzliak P、Rabkin SW。神经肽在心肌病中的作用.多肽. 2014;61:1–6. [公共医学][谷歌学者] 35Shanks J,Herring N。神经肽在心血管疾病中的作用.美国生理学杂志Regul Integr Comp Physiol. 2013;305:R1411–R1420。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 36Zoccali C、Mallamaci F、Tripepi G、Benedetto FA、Parlongo S、Cutrupi S、Bonanno G、Rapisarda F、Fatuzzo P、Seminara G、Cataliotti A、Malatino LS。终末期肾病患者的神经肽Y、左心室重量和功能.J高血压. 2003;21:1355–1362。[公共医学][谷歌学者] 37Santos‐Gallego CG、Vahl TP、Goliasch G、Picatoste B、Arias T、Ishikawa K、Njerve IU、Sanz J、Narula J、Sengupta P、Hajjar RJ、Fuster V、Badimon JJ。在猪缺血再灌注模型中,鞘氨醇1磷酸受体激动剂fingolimod增加心肌挽救并减少梗死后左室重构.循环. 2016;133:954–966. [公共医学][谷歌学者] 38张R,牛H,康X,班T,洪H,艾J。长期皮下注射神经肽Y会导致大鼠心脏功能障碍和肥大.细胞生理生化. 2015;37:94–104. [公共医学][谷歌学者] 39Anamthahmakula P、Sahu M和Sahu A。磷酸二酯酶-3B调节mHypoE‐46下丘脑神经元NPY/AgRP基因表达的证据.神经科学快报. 2015;604:113–118.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 40Morris DA、Boldt LH、Eichstadt H、Ozcelik C、Haverkamp W。左室射血分数正常的心力衰竭患者的二维斑点追踪超声心动图心肌收缩和舒张性能.圆形心脏衰竭. 2012;5:610–620. [公共医学][谷歌学者] 41Carlsson M、Ugander M、Heiberg E、Arheden H。人类左、右和全心泵血时纵向和径向功能的定量关系.美国生理学杂志心脏循环生理学. 2007;293:H636–H644。[公共医学][谷歌学者] 42Pavlopoulos H,Nihoyannopoulos P。应变超声心动图检测高血压病的异常节段性舒张模式和症状性舒张功能障碍.J Am Soc超声心动图. 2008;21:899–906. [公共医学][谷歌学者] 43日本希尔希亚塔雷拉GG。抑制肥大是心室压力超负荷的良好治疗策略.循环. 2015;131:1435–1447.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 44Hoffmann LS,Chen HH。cGMP:从卧床到床边的过渡:第六届cGMP发生器、效应器和治疗意义国际会议报告.Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol公司. 2014;387:707–718. [公共医学][谷歌学者] 45瓜齐M、维琴齐M、竞技场R、瓜齐MD。射血分数保持的心力衰竭患者的肺动脉高压:一项为期1年的磷酸二酯酶-5抑制研究.循环. 2011;124:164–174. [公共医学][谷歌学者] 46Moens AL、Takimoto E、Tocchetti CG、Chakir K、Bedja D、Cormaci G、Ketner EA、Majmudar M、Gabrielson K、Halushka MK、Mitchell JB、Biswal S、Channon KM、Wolin MS、Alp NJ、Paolocci N、Champion HC、Kass DA。四氢生物蝶呤逆转压力过载引起的心肌肥大和纤维化:作为治疗策略的再偶联一氧化氮合酶的疗效.循环. 2008;117:2626–2636.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 47Redfield MM、Chen HH、Borlaug BA、Semigran MJ、Lee KL、Lewis G、LeWinter MM、Rouleau JL、Bull DA、Mann DL、Deswal A、Stevenson LW、Givertz MM、Ofili EO、O’Connor CM、Felker GM、Goldsmith SR、Bart BA、McNulty SE、Ibarra JC、Lin G、Oh JK、Patel MR、Kim RJ、Tracy RP、Velazquez EJ、Anstrom KJ、Hernandez AF、Mascette AM、Braunwald E;试验R.抑制磷酸二酯酶-5对射血分数保持的心力衰竭患者运动能力和临床状态的影响:一项随机临床试验.日本汽车制造商协会. 2013;309:1268–1277.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 48Aburaya M、Minamino N、Kangawa K、Tanaka K、Matsuo H。脑钠肽在猪心脏和血液中的分布及分子形式.生物化学-生物物理研究委员会. 1989;165:872–879. [公共医学][谷歌学者] 49Lee DI,Kass DA。心肌磷酸二酯酶与环鸟苷酸调节.生理学(贝塞斯达). 2012;27:248–258. [公共医学][谷歌学者] 50张M,Kass DA。磷酸二酯酶与心脏cGMP:演变中的作用和争议.药物科学趋势. 2011;32:360–365.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 51Pokreisz P、Vandenwijngaert S、Bito V、Van den Bergh A、Lenaerts I、Busch C、Marsboom G、Gheysens O、Vermeersch P、Biesmans L、Liu X、Gillijns H、Pellens M、Van Lommel A、Buys E、Schoonjans L、Vanhaecke J、Verbeken E、Sipido K、Herijgers P、Bloch KD、Janssens SP。晚期心力衰竭患者心室磷酸二酯酶-5表达增加,并导致小鼠心肌梗死后心室重构.循环. 2009;119:408–416.[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者] 52Nagendran J、Archer SL、Soliman D、Gurtu V、Moudgil R、Haromy A、St Aubin C、Webster L、Rebeyka IM、Ross DB、Light PE、Dyck JR、Michelakis ED。磷酸二酯酶5在肥大的人右心室中高表达,急性抑制磷酸二酯酶5可改善收缩力.循环. 2007;116:238–248. [公共医学][谷歌学者]