邓文浩 李树仁 张跃华

基础研究

半乳糖凝聚素-3在缺血性心功能不全家兔不同时间点的表达及对心功能的影响

邓文浩 李树仁 张跃华

目的 研究半乳糖凝聚素-3（galectin-3）在缺血性心功能不全家兔不同时间点的变化规律，为慢性心功能不全的诊断提供新的可靠的实验依据。方法 采用结扎冠状动脉前降支的方法制作家兔缺血性心功能模型。利用随机数字表法将20只家兔随机分为对照组和实验组。实验组予以开胸结扎冠状动脉前降支，对照组予以开胸对照处理。ELISA法检测对照组和实验组家兔术前，术后30 min、1 h、4 h、1 d、3 d、5 d、1周、2周、4周、6周血清中的galectin-3和脑钠肽（BNP）浓度；于术前及术后2周采用心脏超声仪测定家兔心功能。分别将galectin-3与BNP和EF、LVPWD、LVEDD进行相关性分析。结果 ①与对照组相比，实验组BNP及galectin-3水平在术后1 d、3 d、5 d、1周、2周、4周、6周时间点均明显升高。②心功能障碍家兔血清galectin-3与BNP水平呈正相关（Pearson correlation=0.917，P＜0.01）。Galectin-3与左室后壁厚度（LVPWD）呈正相关（Pearson correlation=0.973，P＜0.01），与左心室射血分数（EF）呈负相关（Pearson correlation=-0.988，P＜0.01）。③心功能障碍家兔血清BNP与EF呈负相关（Pearson correlation=-0.918，P＜0.01）；与LVPWD呈正相关（Pearsonn correlation=0.973，P＜0.01）。结论 ①Galectin-3与心力衰竭的发生、发展密切相关，与BNP相比在慢性心衰诊断中起到协同作用。②Galectin-3与心室重构的进展过程存在一定相关性，对预测心衰的预后及转归具有一定的价值。

半乳糖凝聚素-3； 心功能不全； 脑钠肽

半乳糖凝聚素-3（galectin-3）位于细胞核与细胞质内，由巨噬细胞分泌，它可以通过主动或被动途径经胞液进入细胞而发挥调节作用。Galectin-3调节细胞和细胞外基质之间的相互作用，并介导血管再生、炎症、自身免疫疾病的信号传导介质[1]。近年来研究发现，galectin-3在早期参与了心功能不全进展的过程，在纤维化、心室重塑过程中起关键作用，为早期诊断及快速评估并进行早期药物治疗提供了有力的证据。2013年，美国心脏病协会指南推荐galectin-3作为心衰患者的危险分层指标[2]。

脑钠肽（BNP）是反映心室容积扩张和室壁压力负荷变化的一项指标，是当前诊断心力衰竭和评估预后的重要手段。本研究对早期缺血性心功能不全家兔血清galectin-3与BNP、超声心动图参数等指标的变化及其相关性进行探讨，为优化心力衰竭的早期诊断及病情评估提供良好的参考指标，并探讨galectin-3的可能机制。

1 材料与方法

1.1 实验动物 本实验选用健康3月龄新西兰雄性家兔共 20只，体重平均（2.73±0.13）kg，由河北医科大学实验动物中心提供，动物批号：1607266。

1.2 主要实验试剂及仪器 心脏超声仪（TOSHIBA）；galectin-3及BNP试剂盒（上海蓝基生物科技有限公司）；紫外可见分光光度仪（北京普析通用仪器有限责任公司）。

1.3 方法

1.3.1 动物分组及处理 20只家兔按随机数字表随机分为对照组和实验组。实验动物模型制备采用结扎冠状动脉前降支的方法制作心功能障碍模型。记录术前及术后开胸结扎冠状动脉前降支的心电图，模型制备成功标准为心尖部及左室前壁由红色变为暗紫色，局部心肌运动异常，心电图示胸前导联ST段持续弓背向上抬高[3]。术后3 d每天青霉素80万单位肌注。

1.3.2 心功能检测 术前与术后30 min、1 h、4 h、1 d、3 d、5 d、1 周、2 周、4 周、6 周由同一专科超声技术人员行超声心动图检测。取胸骨旁左室长轴切面测定测量各组左室舒张末期内径（LVEDD）、左室后壁厚度（LVPWD），采用辛普森法测左室射血分数（LVEF）。测量值均取3次测量的平均值。

1.3.3 血清galectin-3和BNP含量检测 术前与术后 30 min、1 h、4 h、1 d、3 d、5 d、1 周、2 周、4周、6周从家兔耳中动脉取血，采集后室温下静置1～2 h后，3000 rpm离心15 min，取上清。按照ELISA试剂盒说明书进行操作；依据标准品浓度及其A值计算相对应公式；依据公式与样品A值计算样品galectin-3和BNP的浓度。

1.4 统计学方法 使用SPSS 21.0软件包进行数据处理。数据以±s表示，采用完全随机设计的单因素的重复测量方差分析（repeated measures data ANOVA），采用完全随机设计的单因素方差分析（one-way ANOVA），多个样本间两两比较采用SNK-q检验，相关变量间采用直线相关分析。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 心肌梗死后心功能障碍模型结果 20只新西兰雄性家兔接受模型手术，术后共有16只存活，其中实验组8只、对照组8只。

2.2 血清galectin-3与BNP水平 与对照组相比，术后实验组血清BNP水平明显增高（表1）。实验组BNP在术后30 min开始缓慢上升；术后4 h到术后1周急剧上升并达到最高值后，血清BNP水平趋于平缓状态（图1），与术前相比差异有统计学意义（P＜0.05），与对照组相比差异有统计学意义（P＜0.05）。

表1 各组血清BNP的表达水平（±s，pg/ml）

表1 各组血清BNP的表达水平（±s，pg/ml）

注：与同期对照组比较，aP＜0.05；与术前比较，bP＜0.05

组别 例数对照组 8 417.25±31.19 416.95±38.44 418.18±10.80 417.63±10.77 417.06±11.37实验组 8 433.46±41.48 433.66±42.71 439.03±41.12 472.57±33.28ab 557.63±38.59ab术前 30 min 1 h 4 h 1 d组别对照组 418.03±11.44 417.56±10.77 418.21±10.15 418.67±11.33 422.46±10.58 417.42±11.49实验组 623.77±41.07ab 693.16±43.73ab 726.30±51.23ab 720.36±42.59ab 729.62±49.56ab 728.76±53.44ab3 d 5 d 1周 2周 4周 6周

实验组血清galectin-3在术后4 h后急剧上升至术后2周达最高值后趋于平缓状态，与术前比较差异有统计学意义（P＜0.05），与对照组比较差异有统计学意义（P＜0.05）。对照组galectin-3在术后4 h开始增高，3 d后下降到术前平均水平（图2）；但对照组galectin-3术后4 h至3 d时间段与术前相比未见统计学差异（P＞0.05）。见表2。

表2 各组血清galectin-3的表达水平（±s,ng/ml）

表2 各组血清galectin-3的表达水平（±s,ng/ml）

注：与同期对照组比较，aP＜0.05；与术前比较，bP＜0.05

组别 例数对照组 8 5.50±0.02 5.55±0.02 5.54±0.29 5.63±0.26 6.08±0.14 6.09±0.16 5.96±0.14 5.82±0.11 5.63±0.12 5.53±0.16 5.49±0.16实验组术前 30 min 1 h 4 h 1 d 3 d 5 d 1周 2周 4周 6周8 5.49±0.03 5.50±0.28 5.57±0.29 5.67±0.29 6.19±0.17ab6.32±0.17ab6.48±0.16ab6.63±0.20ab6.80±0.25ab7.41±0.30ab7.67±0.34ab

2.3 超声心动图结果 对照组与实验组术前LVEF、FS、LVPWD 比较未见统计学差异（P＞0.05）。与对照组相比，实验组家兔在造模后30 min、1 h、4 h仅见局部室壁运动异常，前壁运动幅度稍减低，其余室壁未见明显异常。造模术后1 d至4周内可见心梗家兔室壁运动明显异常，前壁运动幅度减低且渐进性僵硬；造模术后6周可见家兔前壁及前间隔运动幅度明显减低，范围较前扩大，可见矛盾运动，左室扩大。见表3，图3～5。

表3 各组家兔造模前后超声心动图各项指标变化情况（±s）

表3 各组家兔造模前后超声心动图各项指标变化情况（±s）

注：LVEF：左室射血分数；LVPWD：左室后壁厚度；LVEDD：左室舒张末期内径。与同期对照组比较，aP＜0.05；与术前比较，bP＜0.05

LVEF（%）术前 30 min 1 h 4 h 1 d 3 d 5 d 1周 2周 4周 6周对照组 69.11±3.19 68.67±4.63 68.00±4.77 68.00±4.82 69.17±4.83 68.16±4.53 68.58±4.26 68.16±4.58 67.83±4.26 63.83±4.67 61.37±6.41实验组 70.88±3.27 70.28±3.02 69.69±2.78 68.10±2.09 63.79±1.65 61.98±2.13ab 57.08±1.02ab 54.69±1.95ab 49.17±1.49ab 44.89±1.91ab 40.22±1.03ab组别组别LVPWD（mm）术前 30 min 1 h 4 h 1 d 3 d 5 d 1周 2周 4周 6周对照组 2.89±0.28 2.86±0.23 2.84±0.18 2.82±0.19 3.12±0.18 3.26±0.11 3.24±0.14 3.26±0.12 3.24±0.14 3.28±0.10 3.28±0.07实验组 2.83±0.36 2.73±0.17 2.79±0.24 2.84±0.34 3.14±0.17 3.28±0.09 3.43±0.15ab 3.37±0.09ab 3.43±0.15ab 3.83±0.07ab 3.66±0.16ab组别LVEDD（mm）术前 30 min 1 h 4 h 1 d 3 d 5 d 1周 2周 4周 6周对照组 10.14±0.48 10.31±0.46 10.55±0.48 10.84±0.46 10.83±0.45 10.93±0.43 10.96±0.45 10.99±0.51 11.30±0.51 11.58±0.54 11.81±1.50实验组10.42±0.38 10.52±0.51 10.75±0.47 11.01±0.49 11.09±0.49 11.57±0.56 11.94±0.61ab 12.98±0.56ab 14.14±0.99ab 15.19±0.98ab 16.59±0.98ab

2.4 相关性分析

2.4.1 Galectin-3与BNP相关性分析 相关性分析显示，心功能障碍家兔血清galectin-3与BNP水平呈正相关（peaseon correlation=0.917，P＜0.01）。

2.4.2 Galectin-3与超声心动图检测指标相关性分析 Galectin-3与LVPWD呈正相关（pearson correlation=0.973，P＜0.01），与 LVEDD 呈正相关（pearson correlation=0.963，P＜0.01），与 LVEF 呈负相关（pearson correlation=-0.988，P＜0.01）。

2.4.3 BNP与超声心动图检测指标相关性分析

BNP与LVEF呈负相关（pearson correlation=-0.918，P＜0.01)，与 LVPWD 呈正相关（pearson correlation=0.973，P＜0.01），与 LVEDD 呈正相关（pearson correlation=0.982，P＜0.01）。

3 讨论

在心功能障碍的发生和进展过程中，冠状动脉粥样硬化性心脏病的影响最大。当不稳定性斑块破裂或冠脉狭窄＞75%时，引起急性血栓形成导致管腔严重狭窄或闭塞，进而致急性心肌梗死的发生，最终发展成不可逆的心衰。心力衰竭的发生是众多心血管疾病演变的最终归宿和主要的死亡原因。现众多学者已共同认为心室重构是心衰不可逆转的重要机制之一，从超早期诊断和心室重构的分子机制上打断炎症→纤维化→重构的恶性循环途径为一种新的治疗方法。Galectins是一类能结合含半乳糖成分的糖结合物的可溶性凝集素，能调节细胞生长和细胞周期，抑制细胞凋亡，参与调节细胞黏附、肿瘤转移、炎症反应。Galectin-3作为半乳糖凝集素家族的重要成员之一，是一种炎症、纤维化信号分子，在巨噬细胞、嗜酸性细胞、中性粒细胞、肥大细胞中均有表达，在多种生理和病理过程特别是组织纤维化过程中发挥着重要作用[4]。Calvier等[5]的研究发现，galectin-3能够调节醛固酮介导的心肌纤维化过程。Lok等[6]和Wu等[7]的研究也发现，galectin-3可以作为心肌纤维化的标志物，预测心力衰竭的发展进程和指导心力衰竭的治疗。

本研究发现，心功能障碍组与对照组患者galectin-3血清浓度在术后4 h到术后3 d均升高；但心功能障碍组与术前比较差异有统计学意义（P＜0.05）。对照组galectin-3升高考虑可能是由开胸造模后手术切口愈合时galectin-3参与了切口修复。提升galectin-3不但介导了心肌纤维化过程，并且参与组织伤口愈合的生理病理过程。但是心功能障碍组较对照组在术后1 d有明显统计学差异（P＜0.05），表明在心梗后galectin-3通过信号传导途径使其表达明显升高。同时，心功能障碍组galectin-3在术后3 d仍然持续升高,与对照组相比差异有统计学意义（P＜0.05），表明galectin-3的表达水平反映了心功能障碍的严重程度。从这一角度上证实galectin-3可作为一个指标反映心衰的程度，为诊断心衰提供了又一证据。

在本研究中我们发现，当心功能下降时，血清中的galectin-3与BNP的浓度均明显升高，且galectin-3与BNP呈正相关（peaseon correlation=0.917，P＜0.01）。BNP主要存在于心室隔膜颗粒中，其分泌有赖于心室容积扩张和压力负荷的增加[8]。目前各大指南均推荐BNP用于心衰的诊断和预后评估。临床上BNP主要用于急性心衰的诊断和排除诊断，而对慢性心衰诊断的可靠性偏低。BNP水平的变化虽然反映了心腔内压力变化，但也受众多因素的影响。如何从实验指标上更加快速提高心衰的诊断和危险程度分级，这仍需要更多的动物实验及临床试验进行研究。Chen等[9]对心衰患者研究发现，当galectin-3＞7.25 mg/L时，galectin-3对心力衰竭诊断的敏感度是62.8%，低于BNP的敏感度（92.8%），特异度为90.0%%，高于BNP的特异度（85.0%），ROC 曲线下面积（AUC）为 0.798，低于BNP的0.901。BNP与galectin-3在诊断心力衰竭时的敏感度和特异度各有优势。本研究从心肌梗死后心功能障碍动物模型不同时间点测量galectin-3和BNP的血清浓度，观察从早期心梗到心衰过程演变中galectin-3的表达水平与心功能的关系及其在心室重构过程中影响，进而更加优化对心衰的诊断、危险程度分级及预后的判断。

大量研究证实，心脏纤维化、炎症异常反应在心力衰竭的发病机制中起到重要作用，并且公认心脏纤维化、炎症参与心力衰竭的病理生理过程。因此，对心力衰竭的抗纤维化、抗炎治疗成为国内外新的研究热点。但是目前为止仍没有确切权威确定如何逆转纤维化和抗炎从而阻断心衰的心室重构过程[10]。Galectin-3作为一种炎症因子，在炎性细胞转运、激活和释放细胞因子的过程中起着至关重要的作用，是炎性细胞浸润、激活和清除的重要调节器[11]。

在本研究中我们发现，血清galectin-3表达水平与LVPWD、LVEDD呈正相关，与LVEF呈负相关，说明心室重构越严重、心脏收缩功能越差，galectin-3的表达水平越高。Motiwala等[12]的研究也提示，galectin-3可反映心室重构的程度，预测心力衰竭患者的预后。Chen等[9]对心功能（NYHA）Ⅱ～Ⅳ心力衰竭患者血浆中galectin-3进行测定，判断galectin-3在心力衰竭诊断中的作用，并与BNP进行对比分析。结果显示，心力衰竭患者血浆galectin-3水平显著高于对照组，galectin-3与左心房舒张期直径、左心室舒张末直径呈正相关，与LVEF呈负相关。

总之，本研究结果显示，血清galectin-3水平与心衰严重程度相关、与心室重构有关，提示Galectin-3可能参与心衰的发病过程。但是galectin-3如何通过细胞-分子调节途径对心衰的进展发挥作用尚不明确，这仍需大量基础及动物实验进行验证。我们相信，待galectin-3在心衰进程中的细胞-分子机制途径阐释清楚后，会为打破心衰的不可逆性提供一种新的治疗方法。

（本文图片见封三）

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Expression of galectin-3 in different time points in rabbits with ischemic heart failure and its effect on cardiac function

DENG Wen-hao＊，LI Shu-ren，ZHANG Yue-hua.＊Department of Cardiology，Hebei General Hospital，Hebei Medical University，Shijiazhuang 050051，China

LI Shu-ren，E-mail：lsr64@126.com

ObjectiveTo study the changes of galectin-3 in rabbits with ischemic heart function at different time points to provide new and reliable experimental basis for the diagnosis of chronic heart failure.MethodsThe rabbit model of ischemic heart function was established by ligating the anterior descending coronary artery.Twenty rabbits were randomly divided into control group and experimental group by random number table method.The left anterior descending coronary artery was ligated by thoracotomy in the experimental group，and the control group was treated by thoracotomy.The serum concentration of galactose in the control group and the rabbits in the experimental group before and 30 minutes，1 hour，4 hours，1 day，3 days，5 days，1 week，2 weeks，BNP were measured before and 2 weeks after operation.Cardiac function was measured by echocardiography.The correlation between Gal-3 and BNP and EF，LVPWD，LVEDD were analyzed.The levels of BNP and gal-3 in the experimental group were significantly higher than those in the control group at 1 day，3 days，5 days，1 week，2 weeks，4 weeks and 6 weeks after operation.ResultsThere was a positive correlation between serum galectin-3 and BNP in rabbit heart function（Pearson correlation=0.917，P＜0.01）.Galectin-3 was positively correlated with LVPWD（Pearson correlation=0.973，P＜0.01），and negatively correlated with EF（Pearson correlation=-0.988，P＜0.01）.There was a negative correlation between serum BNP and EF （Pearson correlation=-0.918，P＜0.01）and LVPWD （Pearson correlation=0.973，P＜0.01） in rabbits with cardiac dysfunction.ConclusionGalectin-3 is closely related to the occurrence and development of heart failure，and plays a synergistic role in the diagnosis of chronic heart failure compared with BNP.There is a certain correlation between the progress of galectin-3 ventricular remodeling and the prognosis and prognosis of heart failure.

Galectin-3； Heart failure； Brain natriuretic peptide

050051 河北省石家庄市，河北医科大学研究生学院（邓文浩）；河北医科大学附属河北省人民医院心脏一科（邓文浩、李树仁、张跃华）

李树仁，E-mail：lsr64@126.com

10.3969/j.issn.1672－5301.2017.04.023

Q95-33；R54

A

1672-5301（2017）04-0380-05

2016-11-04）