有流行病学和临床研究发现抑郁是心血管疾病发生发展的危险因素,同时也是患者预后不良的重要预测指标
[1]。心肌梗死作为最严重的心血管疾病之一,伴有增加抑郁和焦虑的风险
[2,3]。一项研究将45 096例心肌梗死后参加心脏康复的患者列入随访状态的研究发现,在一年的随访期间,与既无诊断也没有焦虑或抑郁症状的患者相比,首次心肌梗死且既往被诊断为抑郁或焦虑的精神病学诊断,或仅此类自评症状的成年患者,其后续心血管事件和死亡的风险更高
[4]。此外,在大多数患有缺血性心脏病的心力衰竭患者中,抑郁导致无法有效识别和管理症状,导致不坚持治疗,并且在症状恶化时延迟寻求治疗
[5]。有研究表明针对心肌梗死后抑郁的治疗包括心理治疗、运动、药物治疗和协作护理是有效的,但大多数研究中看到的效果强度很低
[6]。其中药物治疗常常是心血管常规药物联合选择性5-HT再摄取抑制剂、苯二氮䓬类等,具有副作用大、易产生依赖性等缺点,因此寻找一种疗效显著且副作用小的治疗药物尤为重要
[6,7]。
广西名老中医卢健棋教授以“益气活血”为大法自拟的益气活血开心汤,通过长期临床实践,发现益气活血开心汤可以显著缓解冠心病气虚血瘀型稳定型心绞痛合并抑郁障碍患者胸痛、心悸、情绪不宁、失眠、气短等心绞痛症状和抑郁情绪
[8]。但益气活血开心汤的保护心脏功能和抗抑郁作用机制尚未知,因此本研究建立心肌梗死合并抑郁大鼠模型,从行为学指标、心肌海马病理结构、炎症因子等方面,阐明心肌梗死后抑郁发生的机制及益气活血开心汤的作用途径,为拓宽双心疾病的治疗提供实验依据。
1 材料与方法
1.1 药物与试剂
益气活血开心汤由广西中医药大学第一附属医院提供,全方组成如下:黄芪30 g、党参15 g、丹参15 g、桂枝10 g、川芎15 g、茯神20 g、远志6 g、石菖蒲10 g、降香6 g、香附6 g、三七6 g、黄连2 g。以上中药放于砂锅中煎制,一煎按生药量加8倍水熬制45 min,二煎加4倍水熬制30 min,两次煎制所得药液混匀后,武火浓缩至含生药量分别为8.24、32.97 g·kg-1·d-1的益气活血开心汤灌胃溶液。盐酸氟西汀胶囊(仟源医药,批号:220910,规格:20 mg/片),酒石酸美托洛尔片(石家庄以岭药业股份有限公司,批号:A2304008,规格:25 mg/片),均购自广西中医药大学第一附属医院。
肌酸激脢同工酶(creatine kinase-MB,CK-MB)试剂盒(ER0841,菲恩),心肌肌钙蛋白T(cardiac troponin T,cTnT)试剂盒(ER0872,菲恩),白细胞介素-10(interleukin-10,IL-10)试剂盒(ER0033,菲恩),白细胞介素-17(interleukin-17,IL-17)试剂盒(ER0035,菲恩),兔单抗P-STAT3(9145T,CST),兔多抗GAPDH(AB-P-R 001,杭州贤至生物有限公司),鼠抗STAT3(9139T,CST),荧光(CY3)标记羊抗兔IgG(BA1032,武汉博士德生物工程有限公司),HRP标记羊抗兔二抗(A0208,碧云天生物技术有限公司),HRP标记羊抗小鼠二抗(SA00001-1,武汉三鹰生物技术有限公司),ECL底物液(G2014,servicebio)。
1.2 动物和实验设计
SPF级雄性SD大鼠40只,体质量(180±20)g,购买自湖南斯莱克景达实验动物有限公司;实验动物生产许可证号:SYXK(桂)2019-0004。于广西中医药大学科学实验中心饲养,饲养条件:温度(25±2) ℃、湿度(50±10)%,12 h明暗交替,普通饲料喂养。本实验通过广西中医药大学动物伦理委员会审核,审查号:DW20231016-204。
动物适应性喂养一周后,将40只大鼠按随机数字表法分为对照组,模型组及益气活血开心汤低、高剂量组,西药组,每组8只。除对照组大鼠外,其余大鼠
[9]建立心肌梗死模型。以2%异氟烷吸入麻醉大鼠,待大鼠全身瘫软,麻醉成功后固定大鼠于心电监护仪上,并备皮、碘伏消毒处理,连接呼吸机持续2%异氟烷吸入麻醉。设置合适参数后连接小动物呼吸机,在前胸正中线与腋下连接的直线进行充分开胸,用眼睑撑开器撑开胸廓,充分暴露左冠状动脉,距左心耳下缘约 2 mm处结扎左冠状动脉前降支,以心室壁变为苍白,心电图监测提示ST段抬高为造模成功的标准。然后去掉眼睑撑开器后适度挤压胸腔使空气排出,关胸后逐层缝合,观察大鼠状态平稳后撤掉气管插管和呼吸机并缝合颈部,置于有干净垫料的鼠笼中保温待其苏醒,术后连续3 d给予青霉素抗感染治疗。
抑郁模型造模
[10]:采用慢性不可预见温和应激(CUMS)制备大鼠抑郁模型,包括7种应激方法:禁水24 h,通宵照明24 h,4 ℃冷水游泳5 min,45 °C热水游泳5 min,夹尾1 min,水平震荡10 min,潮湿敷料24 h。实验过程中每天随机一种刺激方式,单种刺激不能连续应用2 d避免动物产生适应性,造模持续28 d。
给药:益气活血开心汤低、高剂量组按照60 kg成人的临床等效剂量来换算分别制备,含药量分别为8.24、32.9 g·kg-1·d-1,酒石酸美托洛尔和盐酸氟西汀用生理盐水溶解制备混悬液分别为10.41 mg·kg-1·d-1、2.08 mg·kg-1·d-1,给予各组大鼠按1 mL/100 g体质量等量灌胃,对照组和模型组每次给予等体积纯净水,分为每日1次,连续灌胃28 d后,进行行为学检测及取材。取出各组大鼠心脏及大脑组织后保存于多聚甲醛和-80 ℃冰箱中,待进一步检测。
1.3 行为学检测
旷场实验
[11]:实验过程中要保持黑暗及安静,采用ANY-maze动物行为学视频分析系统,四周壁及底面均为黑色的敞箱规格为100 cm×100 cm×40 cm。将大鼠放入清洁敞箱中心处后,观察3 min,记录大鼠水平运动得分(穿越格子数量,以大鼠四爪均在格子为准),垂直运动得分(以大鼠站立时双前肢不着敞箱底面为准),测试完成大鼠后要用酒精消毒擦拭,避免大鼠遗留气味对后续大鼠行为造成影响。
糖水偏嗜实验
[12]:实验开始前需对大鼠进行糖水训练,每笼同时放置2个水瓶。实验开始前一天需禁食禁水,正式实验当天同时放入一瓶1%糖水,一瓶纯水,1 h后取出并测量两瓶水消耗量,计算各组大鼠糖水偏好率(糖水偏好率=糖水消耗量(/糖水消耗量+纯水消耗量)×100%。
1.4 H&E染色
将心脏分离出左心室和大脑海马组织置于装有多聚甲醛的瓶中,经不同梯度酒精脱水后用石蜡包埋。将制备好的大鼠心肌、海马组织切片、脱蜡处理后,经苏木素染色、盐酸酒精分化、伊红染色、分化、脱水封片等流程处理后,在光学显微镜下镜检,采集图像并分析。
1.5 尼氏染色
将全脑从4 ℃冰箱中取出,常规脱水包埋,将蜡块切片,脱蜡后蒸馏水冲洗,置于恒温箱浸染30 min,再次用蒸馏水冲洗,入70%乙醇冲洗,二甲苯透明,中性树胶封固后镜下观察拍照。
1.6 马松染色
依次按Weigert铁苏木精染液染核5 min、1%盐酸酒精分化、丽春红酸性品红染液、1%磷钼酸溶液分化处理,甩干,再依次经苯胺蓝染液复染、1%冰醋酸冲洗、95%酒精、无水乙醇、二甲苯、中性树胶封片处理后镜检。
1.7 Western blot:STAT3、p‑STAT3
分别取左心室、海马组织50 mg冷冻研磨,然后加入RIPA裂解液于冰上裂解30 min,离心(12 000 r/min,4 ℃,5 min,离心半径6 cm)后取上清液保存。根据说明书加入相应容量的蛋白酶抑制剂、磷酸酶抑制剂,用BCA法测定蛋白浓度,计算得出上样量。制备SDS-PAGE胶,拔出梳子后根据上样量加入样品,经电泳、电转至PVDF膜处理后分别加入内参GAPDH、STAT3一抗(稀释比例:1∶1 000)、p-STAT3一抗(稀释比例1∶2 000)过夜,用PBS洗膜5次,每次5 min,加入相应二抗(稀释比例1∶10 000)摇床常温孵育2 h,洗膜处理同前,加入配制的ECL发光液置于超高灵敏度化学发光成像系统样品放置区显影成像,使用Image J 1.8.0 软件定量分析条带,各指标灰度值通过内参均一化后计算蛋白相对表达量。
1.8 免疫荧光
将固定样本组织切片后脱蜡处理,使用适量修复液(0.01 mol/L枸橼酸缓冲液,pH6.0)加热修复15 min后冷水降至室温后取出用PBS冲洗擦干,免疫组画笔画圈,滴加正常山羊血清室温封闭30 min;依次加入一抗p-STAT3(稀释比1∶100)、二抗(稀释比1∶100)、滴加DAPI避光孵育5 min,PBST 5 min×4次洗去多余的DAPI,用含抗荧光淬灭剂的封片液封片,在荧光显微镜下观察采集图像。
1.9 ELISA:CK‑MB、cTnT、IL‑17、IL‑10
各组大鼠腹主动脉采血后在室温下离心,收集上清液并储存在-20 ℃冰箱中待测。先取出CK-MB、cTnT、IL-17、IL-10的96孔板,依次加入梯度稀释倍数的标准品,将样品加到孔的底部。封板后置37 ℃孵育30 min。弃液洗涤后除对照孔外添加生物素标记的待测抗体。加入TMB显色剂37 ℃避光显色15 min。加入终止液终止反应,450 nm波长测量每孔OD值。
1.10 统计分析
采用SPSS 26.0统计软件进行分析,计量资料均符合正态分布,以均数±标准差()表示,因方差齐多组间数据比较采用单因素方差分析,两两比较用LSD方法。P<0.05为差异具有统计学意义。
2 结果
2.1 益气活血开心汤对心肌梗死后抑郁大鼠旷场实验的影响
表1结果显示,与对照组相比,模型组的水平得分和垂直得分减少,差异显著(
P<0.01),表明造模成功。与模型组相比,各给药组水平得分和垂直得分均有不同程度增加(
P<0.05),其中以益气活血开心汤高剂量组和西药组更为明显。
2.2 益气活血开心汤对心肌梗死后抑郁大鼠糖水偏嗜实验的影响
表2结果显示,与对照组相比,模型组糖水偏好率明显下降(
P<0.01)。与模型组相比,各给药组糖水偏好率均有不同程度升高(
P<0.01),其中以益气活血开心汤高剂量组和西药组更为明显。
2.3 益气活血开心汤改善心肌梗死后抑郁大鼠的心脏纤维化和海马神经元损伤
图1结果显示,对照组大鼠心肌细胞形态正常,排列规整,纤维排列紧密,未见胶原纤维、粘液沉积,海马神经细胞形态规则,包膜完整,胞核清晰,排列规整,未见细胞坏死。模型组大鼠心肌细胞大量坏死,心肌纤维肿胀,胶原纤维间隙增宽,排列紊乱,伴有大量胶原纤维、粘液沉积,海马神经细胞坏死明显,细胞数量少,核固缩,排列松散。与模型组相比,益气活血开心汤低、高剂量组及西药组心肌病理结构均有所改善,炎性浸润减少,纤维化情况得到明显改善,海马神经细胞数量相对较多,层次丰富,形态相对规则,病理损伤明显改善。
2.4 免疫荧光法检测p‑STAT3在大鼠心肌及海马定位表达情况
图2结果显示,与对照组相比,模型组大鼠定位于心肌和海马的p-STAT3蛋白荧光强度显著增强。与模型组比较,益气活血开心汤低、高剂量组及西药组大鼠定位于心肌和海马的p-STAT3蛋白荧光强度显著减弱,其中以益气活血开心汤高剂量组和西药组p-STAT3蛋白荧光强度与对照组相当。
2.5 各组大鼠心肌损伤标志物的比较
与对照组相比,模型组大鼠血清CK-MB和cTnT水平均显著升高(
P<0.01);与模型组相比,西药组及益气活血开心汤低、高剂量组血清CK-MB和cTnT均显著降低(
P<0.01),见
表3。
2.6 益气活血开心汤调节心肌梗死后抑郁大鼠炎症因子IL‑17、IL‑10
表3结果显示,与对照组相比,模型组大鼠IL-17显著升高(
P<0.01),IL-10显著下降(
P<0.01)。与模型组相比,益气活血开心汤低、高剂量组及西药组大鼠IL-17显著下降(
P<0.01),IL-10显著升高(
P<0.01)。
2.7 益气活血开心汤对心肌梗死后抑郁大鼠STAT3及其磷酸化的影响
图3、
表4结果显示,与对照组相比,模型组大鼠心肌及海马p-STA3/STAT3蛋白表达水平均显著升高(
P<0.01),与模型组相比,益气活血开心汤低、高剂量组和西药组心肌海马p-STA3/STAT3蛋白表达水平均显著下降(
P<0.01)。
3 讨论
中医学认为心肌梗死属“胸痹”、“真心痛”等范畴,其病位在心,心脉瘀阻为主要病机,抑郁属“郁证”、“脏躁”等范畴,其病位在肝,肝郁气滞,心脉失养为主要病机。而二者常同时出现,主要是它们之间的病机存在很多相似之处,病性均属本虚标实,以心之气血阴阳亏虚为本,标实为血瘀、痰浊、气郁、寒凝等,虚、痰、瘀、郁之间相互影响、互为因果,也是心肌梗死与抑郁之间相互传化,心肌梗死合并抑郁形成的关键。益气活血开心汤取自保元汤、开心散交感汤、交泰丸、越鞠丸等遣方之意,党参与黄芪乃是补气健脾之要药,川芎为血中气药,而丹参又有“一味丹参饮,功同四物汤”之说,四药合用共凑益气活血之效。加桂枝以助益气通脉,三七化瘀活血止痛,降香理气活血止痛,香附疏肝解郁,可治诸郁之病,茯神、远志、石菖蒲合用以宁心安神、化痰开窍。又佐以小剂量黄连,取其苦寒之性防止血瘀气郁日久而化热。
本研究所选取的结扎冠状动脉左前降支结合CUMS大鼠模型是被广泛接受的心肌梗死合并抑郁模型
[13,14]。结扎冠状动脉左前降支制备心肌梗死模型可以最大限度地模拟临床心肌梗死发生的病理过程,有利于定位、定性、定量,方便观测组织变化和检测生化指标
[15]。CUMS模型是由物理因素致抑郁的经典模型,能较好地模拟日常生活中的应激状态,更加贴合临床实际
[10]。本研究中心肌梗死合并抑郁模型的成功建立可观察到大鼠心电图ST段抬高、梗死区心肌颜色变白、活动减少、糖水偏好率降低等。
心肌梗死合并抑郁的发病机制及其复杂,如今普遍认为炎症反应是其重要机制
[16]。心肌梗死后,免疫诱导的炎症,包括补体激活、细胞因子释放、炎症和免疫细胞趋化性和浸润,可加重心肌损伤,扩大心肌梗死的范围,而免疫炎症反应和中枢神经系统又有相互联系,炎症反应的增加也与随后的抑郁症发展有关
[17,18]。因此,保护心脏功能和抗抑郁治疗的效果是通过抑制促炎细胞因子和促进抗炎细胞因子的分泌来实现的
[19-21]。IL-17是在心肌梗死合并抑郁中表达上调的炎症因子,其表达增加后诱导机体炎症反应,加重组织损伤
[22]。相反,IL-10作为抗炎因子,减轻机体功能损伤
[23]。与对照组比较,心肌梗死合并抑郁大鼠模型血清IL-17显著上调,IL-10显著下调,益气活血开心汤能够逆转其结果。
作为细胞质转录因子,信号转导和转录激活因子(STAT)蛋白介导细胞外信号传导到细胞核,控制细胞增殖、凋亡、分化、免疫反应和血管生成等基本功能。STAT能刺激表皮生长因子的产生反应,当STAT3被磷酸化时,会引起STAT3二聚化,易位到细胞核,与DNA结合,参与机体的炎症反应,因此,p-STAT3和总STAT3的比率被认为是 STAT3激活
[24]。在病毒性心肌炎中STAT3作为细胞保护和增殖因子被激活,促进组织修复,而心肌细胞特异性STAT3条件性敲除(STAT3cKO)小鼠表现出抗炎因子IL-10、TGF-β表达降低,促炎因子IL-1β、IL-10等表达升高
[25]。参与多种细胞内信号通路的关键蛋白STAT3可以调节多种病理生理变化,包括心肌细胞凋亡和能量代谢,以及心室重构和炎症
[26]。有学者观察到STAT3 在创伤性脑损伤中被激活,并且可能参与神经功能恢复的介导
[27]。此外,Wang等
[28]建立的心肌梗死后焦虑抑郁样大鼠模型中也表现出STAT3蛋白显著上调。课题组前期通过网络药理学研究发现益气活血开心汤治疗冠心病合并抑郁的核心作用靶点包括STAT3和IL-10等
[29]。本研究中免疫荧光和Western blot结果显示益气活血开心汤干预后心肌梗死合并抑郁大鼠心肌及海马p-STA3/STAT3蛋白表达水平均显著下降,益气活血开心汤可能通过STAT3信号通路发挥心脏保护作用和抗抑郁作用。
以上证据表明,STAT3介导的炎症反应增强可能是心肌梗死合并抑郁的病理生理机制。因此益气活血开心汤可能通过抑制STAT3介导的炎症因子的表达,从而改善海马神经元的损伤和心肌纤维化情况,为冠心病合并抑郁症患者治疗提供了新的思路和更好的方法。但炎症因子IL-10、IL-17等炎症因子与STAT3的活化具体机制尚未明确,需要进一步深入研究和探讨。由于中药及其复方具有多通路、多靶点效应,因此益气活血开心汤对于“心脑同治”具体的作用机制需要进一步研究。
作者贡献度说明:
朱智德:论文设计和技术指导以及撰写论文;谢丽钰:负责实验动物饲养、相关指标检测、数据分析以及撰写论文;毛美玲、何晓羚、肖湘:参与实验动物饲养和数据统计分析;蒋志雄、谢婷婷:文献资料收集,参与论文修改;罗宇东:根据《中国药典》鉴定益气活血开心汤所有中药;卢健棋:指导论文撰写,确立论文最终定稿。
所有作者声明不存在利益冲突关系。