王勇 谭巍 任澎

基础研究

抑制JAK/STAT信号通路对心力衰竭大鼠心功能的影响

王勇 谭巍 任澎

作者单位：830000 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市，新疆维吾尔自治区人民医院心内科

目的 探讨抑制JAK/STAT信号通路对心力衰竭大鼠血流动力学及BNP的影响。方法 实验大鼠随机分为3组：对照组（n=15）；心力衰竭组（n=15），缩窄腹主动脉直径至0.45 mm；AG490药物干预组（n=15），腹主动脉缩窄术后每周经腹腔注射AG490。术后观察大鼠生存情况，分别在4周和8周后应用超声心动图检测IVSd、LVPWd、LVEDd、LVEDs和LVEF，并于第8周测量BNP的变化。结果 4周时心衰组大鼠 IVSd、LVPWd、LVEDs、LVEDd、LVEF 与对照组和 AG490干预组比较差异均有统计学意义（P＜0.05），IVSd、LVEDd、LVEF与干预组和对照组比较差异无统计意义（P＞0.05）。8周时三组大鼠各项超声检测指标均有明显差异（P＜0.05），心衰组变化更明显（P＜0.05）。心衰组大鼠血清BNP明显高于其余两组（P＜0.01）。AG490干预组BNP高于对照组、低于心衰组，差异具有统计学意义（P＜0.05）。结论 JAK/STAT信号通路参与慢性心力衰竭进程，干预JAK/STAT信号通路可减轻腹主动脉缩窄大鼠心力衰竭的严重程度。

JAK/STAT信号通路； 心力衰竭； 脑钠肽

心力衰竭（heart failure，HF）是心脏结构及功能受损导致急性或渐进性心功能障碍的一类临床综合征，是多种心脏、大血管病症进展到终末期的共同临床表现。一旦发生心力衰竭，在多种病理生理改变影响下，致使心功能呈进行性恶化，严重影响患者的生存质量及远期预后，是目前全球重大公共健康问题之一[1]。心力衰竭发病机理复杂，除了神经内分泌系统的改变外，还有多种信号转导通路的参与，其中酪氨酸蛋白激酶/信号转导子和转录激活子信号通路（Janus kinase/signal transducer and activator of transcription，JAK/STAT）通过炎症反应，氧化应激，细胞损伤，细胞增殖、分化等多种病理生理反应影响心衰的进程[2]。本研究通过使用JAK/STAT信号通路的阻断剂干预该通路，观察对心衰大鼠血流动力学及脑钠肽（brain natriuretic peptide，BNP）的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 动物 雄性Wistar大鼠45只（由新疆医科大学第一附属医院实验动物中心提供，动物许可证号：SCXK 新 2011-0004），体重（200±20）g，按随机数字表法分成3组：对照组（n=15）、心力衰竭组（n=15）和 AG490干预组（n=15）。

1.1.2 仪器及试剂 超声诊断仪（惠普M2424A）；12 MHz高频探头（飞利浦21380A）；电子天平；AG490；水合氯醛；青霉素（80万单位/只）；4%多聚甲醛。

1.2 建立模型方法 所有实验大鼠手术之前均禁食至少12 h，电子天平测量体重后用10%水合氯醛（0.3 ml/100 g）腹腔注射麻醉，仰卧位固定，腹部手术区备皮、消毒。沿腹白线逐层切开皮肤及肌肉组织至剑突，充分暴露腹腔，在左肾动脉上方钝性分离腹主动脉。对照组大鼠动脉只分离，不做结扎；心力衰竭组和AG490干预组将4.5号注射针头（直径0.45 mm）与腹主动脉平行放置，用6号PROLENE手术线将两者共同扎紧，可见左肾缺血变白，然后拔出针头，将内脏归位。三组大鼠均用3号慕斯线缝合手术切口。所有大鼠术后均给予盐酸哌替啶（杜冷丁）肌肉注射镇痛1次；青霉素80万U/只，连续3 d肌肉注射，预防感染。

1.3 药物干预 用二甲基亚砜（DMSO）溶解AG490，使最终浓度为1 mg/ml。AG490干预组大鼠从术后1周开始腹腔注射AG490，剂量为1 mg/kg，每周注射1次，共注射8周。

1.4 造模成功标准 对照组大鼠一般情况良好，每周体重增长正常；造模组大鼠表现出毛色发黄、脱毛、易怒、肺水肿、身体蜷缩、体重增长缓慢、活动能力下降、对外界刺激反应迟钝等表现，超声心动图检查提示射血分数＜50%。

1.5 超声心动图检测 大鼠造模后4周、8周各检测1次超声心电图，电子天平测量体重，用前文提到的方法麻醉，胸部备皮，使用12 MHz高频探头行超声心动图检测。测量指标：室间隔厚度（IVSd）、左室后壁厚度（LVPWd）、左室舒张末期内径（LVEDd）、左室收缩末期内径（LVEDs）和射血分数（LVEF）。以上检测值均在检测3个心动周期后计算均值。

1.6 酶联免疫吸附法定量测定血清BNP浓度 超声心动图检测后取大鼠动脉血，静置30 min，以3500 r/min离心15 min，取上层血清置于EP管，按脑钠肽ELISA试剂盒（Cloud Clone Corp，美国）说明书步骤完成加样后，把酶标板置于450 nm波长的酶标仪上，测量各孔的OD值。根据BNP标准品相应浓度取Log10后的值（Y）与其相对应的OD（X）做出标准曲线对应公式，再乘以稀释倍数算出各样品的BNP值。

1.7 统计学处理 采用SPSS 19.0统计软件进行数据分析。计量资料以±s表示，所有计量资料先行正态性检验，若满足正态分布，多组间比较采取单因素方差分析，两组间对比选择LSD-t检验，各项指标相关性行Pearson相关性分析。以P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般情况 对照组大鼠全部存活，一般情况良好，毛色正常，体重增长均匀，精神、活动、对外界反应良好，饮食、饮水、排泄正常。

心衰组大鼠毛色发黄，出现背、腹部脱毛，精神欠佳，易激怒，呼吸道分泌物增多，身体蜷缩，体重过轻，活动能力下降，对外界刺激反应迟钝等表现。术后共存活10只，存活率为67%，依据术后一般情况以及超声心动图检测结果心衰成模率为60%。

AG490药物干预组大鼠精神、活动、体型、毛色等心衰体征相比心衰组大鼠均有所改善，共存活12只，存活率为80%。

2.2 血流动力学检测 经单因素方差分析，手术后4周时对照组、心衰组和AG490干预组的各项血流动力学指标均有差异（P＜0.05）。进一步行LSD-t两两比较：与对照组相比，AG490干预组大鼠LVPWd、LVEDs有所增厚（P＜0.05），而 IVSd、LVEDd、EF 在AG490组和对照组间无明显差异；心衰组各项指标与对照组相比均有明显差异（P＜0.01）；心衰组与AG490 干 预 组 之 间 LVPWd、LVEDs、IVSd、LVEDd变化显著（P＜0.01），EF差异具有统计学意义（P＜0.05）。 8 周 时 三 组 大 鼠 IVSd、LVPWd、LVEDs、LVEDd、LVEF变化更加显著（P＜0.05），进一步行LSD-t两两比较：心衰组 IVSd、LVPWd、LVEDs、LVEDd较对照组明显增加，EF显著降低（P＜0.01），AG490干预组各项指标高于对照组而略低于心衰组，差异具有统计学意义。见表1、2。

表1 术后4周各组大鼠超声心动图指标比较（±s）

表1 术后4周各组大鼠超声心动图指标比较（±s）

注：IVSd：室间隔厚度；LVPWd：左室后壁厚度；LVEDs：左室收缩末期内径；LVEDd：左室舒张末期内径；LVEF：左室射血分数。与对照组比较，aP＜0.01，bP＜0.05；与心衰组比较，cP＜0.01，dP＜0.05

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表2 术后8周各组大鼠超声心动图指标比较（±s）

表2 术后8周各组大鼠超声心动图指标比较（±s）

注：IVSd：室间隔厚度；LVPWd：左室后壁厚度；LVEDs：左室收缩末期内径；LVEDd：左室舒张末期内径；LVEF：左室射血分数。与对照组比较，aP＜0.01，bP＜0.05；与心衰组比较，cP＜0.01

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表3 各组大鼠血清BNP检测结果比较（±s）

表3 各组大鼠血清BNP检测结果比较（±s）

注：BNP：脑钠肽。与对照组比较，aP＜0.01；与心衰组比较，bP＜0.01

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2.3 大鼠血清BNP检测结果 对照组、心衰组、干预组：BNP差异有统计学意义（P＜0.01）；行 LSD-t两组间比较：与对照组比较，其余两组均有明显升高，而心衰组大鼠BNP升高程度明显大于AG490干预组（P＜0.01）。见表 3。

2.4 BNP与各变量的相关性 经Pearson相关性分析，BNP 与 IVSd、LVPWd、LVEDs、LVEDd、EF 均具有相关性（P＜0.01）。见表 4。

表4 各检测指标与BNP的相关性

3 讨论

本研究采用部分结扎腹主动脉的方法建立心衰大鼠模型。该方法属于压力超负荷型的一种[3]，其主要机理为腹主动脉部分狭窄后，血流阻力增大，引起心脏后负荷相应升高，心肌细胞水肿肥大，心肌代偿性肥厚，但此时心室内径不变或稍减小，心脏出现向心性肥厚，此时的代偿性增厚可以帮助心脏保持一定的心排出量。但若长期持续后负荷过重，肥大心肌细胞变长，心室壁变薄，心肌纤维断裂，心室顺应性下降，心室扩张，形成离心性肥厚，心脏增大，最终出现心功能不可逆性损害，发展为心衰[4]。另一方面后负荷升高导致心肌耗氧量增多，心交感神经兴奋性增加，由于腹主动脉狭窄，肾血流灌注不足，同时激活RAAS系统，形成水钠潴留，引起AngⅡ增加，心脏内环境改变引发血管收缩，进一步加重心脏负荷，发生心肌重构，左心室逐渐扩大和泵血能力降低，导致心功能不全[5]。

心肌细胞的病理性改变和神经内分泌激活所致的系统反应是导致心肌重构进展为心衰的两个关键过程[6]。本研究采取的造模方法，利用肾脏血流灌注减少而激活RAAS系统。而AngⅡ-JAK/STAT转导途径激活可刺激心肌肥厚向心衰转变。当心肌重构、心功能不全发生钠水潴留时，AngⅡ可与其1型受体结合，使JAKs激酶活化，促进底物STAT的磷酸化。通过AngⅡ1型受体使心肌蛋白合成速度增加，发生心室肥厚甚至心肌纤维化，影响患者的心脏功能。有证据显示，长时间的AngⅡ-JAK/STAT转导通路激活可刺激心肌细胞肥大向心力衰竭转变；STAT3及STAT5持续活化可使肾素-血管紧张素系统活性增强从而加重缺血性心肌损伤[7]。

本实验中使用的AG490是JAK/STAT转导途径的抑制剂，能选择性抑制JAK2和JAK3，阻遏JAKs发生磷酸化，并能抑制部分STAT，干扰其与DNA结合，从而有效阻断信号的转导过程，是常用的JAK/STAT转导途径的阻滞剂。在本实验中，从术后1周开始，AG490干预组定期从腹腔注射AG490，超声心动图显示在第4周时，心衰组大鼠出现了明显向心性肥厚的表现，与对照组相比，IVSd、LVPWd明显增厚（P＜0.01）。此时舒张期左室腔内径缩小，射血分数有所降低，虽然与对照组差异明显，但射血分数仍在正常范围内，说明此时心功能尚可，还处于代偿阶段，与心衰早期的病理生理改变相符。AG490组大鼠在第4周时IVSd和LVEDd与对照组相比无显著变化（P＞0.05），LVPWd、LVEDs稍有增加，射血分数的变化不明显（P＞0.05）。分析可能原因：此时干预组大鼠心肌已经开始向心肌肥厚发生转变，由于对信号通路的抑制作用可能缓解了心功能的急剧损害，故尚未出现典型的心肌重构。8周时，心衰组大鼠IVSd、LVPWd、LVEDs变化进一步显著（P＜0.01），LVPWd增加明显（P＜0.01），射血分数降至45%以下，提示此时心脏已经出现晚期的收缩功能障碍，心腔直径增大，进入心衰失代偿阶段。AG490干预组大鼠此时处于心肌肥厚状态，心功能发生障碍，虽然也出现射血分数下降，但与心衰组相比，心衰进程明显缓慢（P＜0.01）。这提示我们AG490抑制JAK/STAT转导途径对缓解心衰可能有一定的积极意义。

脑钠肽（BNP）主要是由心室合成与分泌由32个氨基酸组成的一种具有生物活性的多肽，用于调节心脏功能。在正常状态下，BNP在心室储备量极低并且稳定，通常以前体BNP（pro-BNP）形式在心室分泌的颗粒中储存。当出现炎症反应、心肌缺血，血流动力学发生变化时，左室收缩功能的降低和心室壁张力的增加可刺激pro-BNP迅速被释放，进入血液循环后降解形成有生物活性的BNP[8]。RAAS系统的激活是心力衰竭的重要机制之一，而BNP可以抑制肾素、醛固酮分泌，提升肾小球滤过率，对抗交感神经、内皮素及抗利尿激素活性，发挥血管扩张、降低外周阻力、排尿、排钠的作用，参与调节血压、血容量及盐平衡[9]；此外还具有增加心输出量、对抗心肌肥厚、缓解心肌纤维化、扩张心外膜及冠状动脉的效应。BNP目前已被广泛认为在心力衰竭中尤其是判断左心功能障碍的心力衰竭中有着较高的敏感度、特异度及阴性预测意义。并且血清中BNP升高的水平与心衰严重程度呈正比，可用于判定心力衰竭程度及其预后[10]。本研究结果显示，腹主动脉缩窄组的两组大鼠较对照组大鼠都出现了BNP的明显升高，且心衰组大鼠BNP升高水平高于AG490干预组，说明心衰组大鼠心衰程度较AG490干预组更为严重。

JAK/STAT信号转导途径在心衰进程及调节过程中发挥着重要作用，因此，对该转导途径的进一步探索可能为研究心脏功能异常提供了一个新的视角。本研究仅观察了血流动力学及BNP的改变，今后还需要对JAK/STAT信号通路在心力衰竭中的作用做更细致、长效的研究。

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The influence of cardiac function by inhibiting JAK/STAT signaling pathway in heart failure rat

WANG Yong，TAN Wei，REN Peng.Department of Cardiology，Xinjiang Autonomous Region People′s Hospital，Urumqi 830000，China

ObjectiveTo investigate the influence of hemodynamics and BNP by inhibiting JAK/STAT signaling pathway with AG490 in heart failure rat.MethodsWistar rats were randomly divided into three groups：control group（n=15）；heart failure group（n=15），narrowed abdominal aorta diameter up to 0.45 mm；AG490 intervention group（n=15），administered with AG490 by intraperitoneal injection after abdominal aortic coarctation.Observed the survival condition after the operation，at 4 weeks and 8 weeks detected the interventricular septal depth（IVSd），left ventricular posterior wall depth（LVPWd），left ventricular end diastolic diameter（LVEDd），left ventricular end systolic diameter（LVEDs），left ventricular ejection fraction（LVEF） by echocardiography，and BNP were investigated after 8 weeks.ResultsAt 4 weeks，the IVSd，LVPWd，LVEDs，LVEDd and LVEF in the heart failure group were significantly different from those in the control group and the AG490 intervention group（P＜0.05）.There was no statistically difference in IVSd，LVEDd and LVEF between the AG490 intervention group and the control group （P＞0.05）.At 8 weeks，there were significant differences in IVSd，LVPWd，LVEDs，LVEDd and LVEF between the 3 groups，the change of heart failure group was more obvious（P＜0.05）.The BNP in heart failure group was significantly higher than that in the other two groups（P＜0.01），the BNP in AG490 intervention group was higher than that in the control group，and lower than that in the heart failure group，the difference was statistically significant （P＜0.05）.ConclusionJAK/STAT signaling pathway involved in process of chronic heart failure，intervention of JAK/STAT signaling pathway can reduce the severity of heart failure of rats with abdominal aortic constriction.

JAK/STAT signaling pathway； Heart failure； BNP

REN Peng，E-mail：renpengcvd@126.com

新疆维吾尔自治区自然科学基金（项目编号：2015211C195）

任澎，E-mail：renpengcvd@126.com

10.3969/j.issn.1672－5301.2017.10.022

Q95-33；R541.6

A

1672-5301（2017）10-0955-04

2017-05-04）