En in vivo østrogenmangel muse model til screening eksogene østrogen behandlinger af hjerte-kar-dysfunktion efter overgangsalderen
Summary
Klinisk, østrogenmangel hos menopausale kvinder kan forværre forekomsten af lipid forstyrrelser og åreforkalkning. Vi etablerede en in vivo østrogenmangel model ved bilateral ovariektomi via en dobbelt dorsal-lateral indsnit i ApoE-/- mus. Musemodellen er anvendelig til screening eksogene østrogen behandlinger af hjerte-kar-dysfunktion efter overgangsalderen.
Abstract
Postmenopausale kvinder har større risiko for at udvikle hjerte-kar-sygdomme end præmenopausale kvinder. Hunmus ovariectomized (OVX) ved fravænning display øget aterosklerotiske læsioner i aorta sammenlignet med kvindelige mus med intakt ovariefunktion. Men, laboratorie modeller, der involverer østrogen-mangelfuld mus med atherosclerosis-tilbøjelige status mangler. Dette underskud er afgørende, fordi klinisk østrogenmangel hos menopausale kvinder kan forværre forekomsten af præ-eksisterende eller igangværende lipid forstyrrelser og åreforkalkning. I denne undersøgelse, vi etablere en in vivo østrogen-mangelfuld musemodel ved bilateral ovariektomi via en dobbelt dorsal-lateral indsnit i apolipoprotein E (ApoE)-/- mus. Vi sammenligner derefter virkningerne af 17β-estradiol og pseudoprotodioscin (PPD) (en phytoøstrogen) peroralt administreret via hasselnødde spredning. Vi finder, at selv om PPD udøver en vis effekt på at reducere den endelige kropsvægt og plasma TG i OVX apoE-/- mus, det har anti-aterosklerotisk og hjerte-beskyttende kapaciteter sammenlignelig med sin 17β-estradiol modstykke. PPD er en phytoøstrogen, der er blevet rapporteret til at udøve anti-tumor egenskaber. Den foreslåede metode er således anvendelig til screening af phytoøstrogener via udskiltes administration til erstatning for traditionel hormonsubstitutionsbehandling hos postmenopausale kvinder, som er blevet rapporteret at have potentielt skadelige tumorigenetiske Kapacitet. Peroral administration via hasselnødde spredning er ikke-invasiv, hvilket gør det almindeligt gældende for mange patienter. Denne artikel indeholder trin-for-trin demonstrationer af bilateral ovariektomi via dobbelt dorsal-lateral indsnit i ApoE-/- mus og udskiltes 17β-estradiol eller phytoøstrogen hormon udskiftning via hasselnød spredning. Plasma-lipid og kardiovaskulære funktionsanalyser ved hjælp af ekkokardiografi følger.
Introduction
Epidemiologiske og kliniske undersøgelser har vist, at postmenopausale kvinder har en betydeligt større risiko for hjerte-kar-sygdomme end præmenopausale kvinder1,2. Hormonsubstitutionsterapi (HRT) kan reducere den relative risiko for Kardiovaskulær sygdom til 0,37-0.793. Blandt andre komplikationer, åreforkalkning forårsaget af hjerte-kar-sygdomme er den førende dødsårsag verdensomspændende4. Men, laboratorie modeller, der involverer østrogen-mangelfuld mus præsenterer åreforkalkning udsat status mangler. Denne protokol giver en in vivo østrogenmangel musemodel til screening eksogene østrogen behandlinger af hjerte-kar-dysfunktion efter overgangsalderen.
Tidligere undersøgelser viser, at anvendelsen af ovx i aterosklerotisk gnavere fodret en høj-kolesterol diæt kan efterligne postmenopausale kvinder, der lider af åreforkalkning5,6,7,8. En reproducerbar og bekvem dyremodel, der ligner den aterosklerotiske tilstand hos menopausale kvinder, er grundlaget for eksogen østrogen forskning. Her, en dobbelt dorsal-lateral indsnit af bilateral ovariektomi blev anvendt i atherosclerosis-tilbøjelige apolipoprotein E knockout (ApoE-/-) mus9,10. Sammenlignet med midterste abdominal eller dorsale indsnit, dobbelt dorsale-lateral indsnit er en lettere, mindre tidskrævende metode, der kan undgå alvorlige bughulen vedhæftning og inflammation. Peroral administration via hasselnødde spredning (Se tabel over materialer) er ikke-invasiv og praktisk, hvilket gør det almindeligt anvendelig som en langsigtet administration mode11. Langsom frigivelse pellet implantation er også populære6. Implantaterne kandog forværre forekomsten af infektion, især i mus, som er udsat for OVX. Andre ikke-invasive administration tilstande, såsom oral sonde og vand administration, også har mange ulemper. Oral sonde typisk stress mus og kan forårsage Esophageal skade. Administration af hormonet via drikkevand er meget gavnligt; Men, tilsætning af DMSO som en emulgator er uundgåelig som eksogene østrogener er uopløselige i vand. Her valgte vi udskiltes 17β-estradiol eller phytoøstrogen hormon udskiftning via hasselnød spredning til langvarig administration.
For nylig, den gavnlige virkning af HRT på det kardiovaskulære system af postmenopausale kvinder er blevet anfægtet i women’s Health Initiative (WHI) forsøg12. På den ene side, udefrakommende østrogen alene udøver en gavnlig virkning på det kardiovaskulære system; på den anden side kan det kombineres med metohydroxyprogesteron acetat for at øge risikoen for kardiovaskulære hændelser. Mere alvorligt, HRT kan føre til bryst-og uterin tumorprogression, og denne effekt har markant begrænset sin brug13,14. Mere interesse har været fokuseret på de kardiovaskulære-beskyttende virkninger af eksogene østrogener mangler mitotisk aktivitet i tumorceller15,16,17. Flere undersøgelser i mennesker og dyr tyder på, at phytoøstrogener med strukturer svarende til østrogener kan spille en gavnlig rolle i hjerte-kar-beskyttelse15,18.
Således er formålet med det nuværende arbejde (i) at opbygge en in vivo østrogenmangel musemodel ved bilateral ovariektomi via en dobbelt dorsal-lateral indsnit i ApoE-/- mus og (II) at sammenligne de kardiovaskulære beskyttende virkninger af peroralt administreret 17β-estradiol og pseudoprotodioscin (PPD) via hasselnødde spredning. 17β-estradiol er en slags eksogene østrogen, der tilhører kvindelige seksuelle hormoner6,11,19. PPD, en steroid saponin og phytoøstrogen fra Dioscorea planter, er tidligere blevet rapporteret at udøve anti-tumor egenskaber20.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den beskrevne metode er en musemodel, der ligner lipid-forstyrrelser og åreforkalkning set hos menopausale kvinder. Det er veldokumenteret, at østrogenmangel hos postmenopausale kvinder kan forværre forekomsten af præ-eksisterende eller igangværende hyperkolesterolæmi med progressivt komplekse og udbredte atherosclerostiske læsioner1. For at efterligne den atherosclerosis-tilbøjelige status i klinikken, ApoE-mangelfuld mus, en reproducerbar og bekvem kilde til dyr, som til at studere ather…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af den nationale Natural Science Foundation i Kina (81202526 til J.X.), National Natural Science Foundation i Kina (81302769 til B.S.), Beijing Municipal Natural Science Foundation (47144226 til B.S.), den kinesiske postdoc Science Foundation (20110490325 til J.X.), og Ph.D. programmer Foundation af Undervisningsministeriet i Kina (20121106120031 til B.S.).
Materials
| 17β-estradiol, >98% | Sigma-Aldrich | E8875-250MG | Estrogen |
| Disposable syringes (with 25G needles) | Hunan Luzhou Huikang Development Co., Ltd | 0.5*19TWLB | Cardiac bleeding |
| High-cholesterol mouse diet | Huafukang Bio-Technology | N/A | 1.25% cholesterol, 0% cholate |
| High-Resolution In Vivo Micro-Imaging System | VisualSonics | Vevo®770 | Measurements of intima-media thickness and cardiac dysfunction |
| 2-Methyl-2-butanol | Sigma-Aldrich | 152463-250ML | Preparation of avertin |
| Micro Dissecting forceps, Curved 8mm | Kanghua Medical Equipment Co., Ltd | Surgical tools | |
| Micro Dissecting forceps, Straight 8mm | Kanghua Medical Equipment Co., Ltd | Surgical tools | |
| Micro Dissecting Scissors, Curved/Sharp 8mm | Kanghua Medical Equipment Co., Ltd | Surgical tools | |
| Micro Dissecting Scissors, Straight/Sharp 8mm | Kanghua Medical Equipment Co., Ltd | Surgical tools | |
| Monofilament suture 4-0 1/2 5*12 19mm | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Supplies Co., Ltd | R413 | Suture and ligation of the tissues |
| Nut cream (Nutella) | Ferrero | N/A | Medium for peroral 17β-estradiol or PPD |
| OptiVisor optical glass binocular magnifier | Dohegan Optical Company Inc. | N/A | Assistant of identifying the tissues during ovariectomy |
| Phosphate-buffered saline at pH 7.4 | SIGMA | P3813 | Preparing 1 L saline |
| Pro MultiLabel Microplate Reader | Tecan | Infinite M1000 | Plasma TC and TG determination |
| Pseudoprotodioscin | Shanghai Winherb Medical S & T Development | W-0427 | CAS registry no. 102115-79-7 |
| Rimadyl, 50 mg/mL | Pfizer Pharma GmbH | 462986 | Postoperative analgesia after ovariectomy |
| Sesame oil | Sigma-Aldrich | S3547-1L | Dissolving the 17β-estradiol or PPD |
| Solcoseryl Eye-Gel | Menarini, Solco Basle Ltd. | Eye protection during anesthesia | |
| Stereo microscope | MCALON | MCL-6STV | Image of the intimal region of aorta |
| Table model high speed centrifuge | SIGMA | 1-14K | Preparation of plasma |
| Scissors, slight Curve (14cm) | Kanghua Medical Equipment Co., Ltd | Surgical tools | |
| Scissors, straight Flat (14cm) | Kanghua Medical Equipment Co., Ltd | Surgical tools | |
| Tissue forceps, serrated, slight Curve (14cm) | Kanghua Medical Equipment Co., Ltd | Surgical tools | |
| Tissue forceps, serrated, straight Flat (14cm) | Kanghua Medical Equipment Co., Ltd | Surgical tools | |
| Tribromoethanol | Sigma-Aldrich | T48402-5G | Preparation of avertin |
| Triglycerides (TG) assay kit | Institute of Nanjing Jiancheng Biology Engineering | A110-1 | Plasma TG determination |
| Total cholesterols (TC) assay kit | Institute of Nanjing Jiancheng Biology Engineering | A111-1 | Plasma TC determination |
References
- Mozaffarian, D., et al. Heart Disease and Stroke Statistics-2016 Update: A Report From the American Heart Association. Circulation. 133 (4), e38-e360 (2016).
- Packard, B. L. Cardiovascular health and disease in women. The New England Journal of Medicine. 329 (4), 247-256 (1993).
- Samaan, S. A., Crawford, M. H. Estrogen and cardiovascular function after menopause. Journal of the American College of Cardiology. 26 (6), 1403-1410 (1995).
- Libby, P. Inflammation in atherosclerosis. Nature. 420 (6917), 868-874 (2002).
- Tremollieres, F. A., et al. Effect of hormone replacement therapy on age-related increase in carotid artery intima-media thickness in postmenopausal women. Atherosclerosis. 153 (1), 81-88 (2000).
- Bourassa, P. A., Milos, P. M., Gaynor, B. J., Breslow, J. L., Aiello, R. J. Estrogen reduces atherosclerotic lesion development in apolipoprotein E-deficient mice. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 93 (3), 10022-10027 (1996).
- Squadrito, F., et al. Genistein supplementation and estrogen replacement therapy improve endothelial dysfunction induced by ovariectomy in rats. Cardiovascular Research. 45 (2), 454-462 (2000).
- Wang, D., et al. Endothelial dysfunction and enhanced contractility in microvessels from ovariectomized rats: roles of oxidative stress and perivascular adipose tissue. Hypertension. 63 (5), 1063-1069 (2014).
- Zhang, S. H., Reddick, R. L., Piedrahita, J. A., Maeda, N. Spontaneous Hypercholesterolemia and Arterial Lesions in Mice Lacking Apolipoprotein E. Science. 258 (5081), 468-471 (1992).
- Nakashima, Y., Plump, A. S., Raines, E. W., Breslow, J. L., Ross, R. ApoE-Deficient Mice Develop Lesions of All Phases of Atherosclerosis Throughout the Arterial Tree. Arteriosclerosis and Thrombosis. 14 (1), 133-140 (1994).
- Ström, J. O., Theodorsson, A., Ingberg, E., Isaksson, I. M., Theodorsson, E. Ovariectomy and 17-estradiol Replacement in Rats and Mice: A Visual Demonstration. Journal of Visualized Experiments. 64 (e4013), 1-4 (2012).
- Rossouw, J. E., et al. Risks and benefits of estrogen plus progestin in healthy postmenopausal women: principal results From the Women’s Health Initiative randomized controlled trial. The Journal of the American Medical Association. 288 (3), 321-333 (2002).
- Kumle, M. Declining breast cancer incidence and decreased HRT use. Lancet. 372 (9639), 608-610 (2008).
- Jager, W., et al. A randomized comparison of triptorelin and tamoxifen as treatment of progressive ovarian cancer. Anticancer Research. 15 (6B), 2639-2642 (1995).
- Bhathena, S. J., Velasquez, M. T. Beneficial role of dietary phytoestrogens in obesity and diabetes. The American Journal of Clinical Nutrition. 76 (6), 1191-1201 (2002).
- Wang, L., Qiu, X. M., Hao, Q., Li, D. J. Anti-inflammatory effects of a Chinese herbal medicine in atherosclerosis via estrogen receptor beta mediating nitric oxide production and NF-kappaB suppression in endothelial cells. Cell Death and Disease. 4 (e551), 1-13 (2013).
- Xiao, J., Wang, N. L., Sun, B., Cai, G. P. Estrogen receptor mediates the effects of pseudoprotodiocsin on adipogenesis in 3T3-L1 cells. American Journal of Physiology-Cell Physiology. 299 (1), C128-C138 (2010).
- Guivarc’h, E., et al. Predominant Role of Nuclear Versus Membrane Estrogen Receptor alpha in Arterial Protection: Implications for Estrogen Receptor alpha Modulation in Cardiovascular Prevention/Safety. Journal of the American Heart Association. 7 (13), 1-17 (2018).
- Osako, M. K., et al. Estrogen inhibits vascular calcification via vascular RANKL system: common mechanism of osteoporosis and vascular calcification. Circulation Research. 107 (4), 466-475 (2010).
- Ivanova, A., et al. Screening of some saponins and phenolic components of Tribulus terrestris and Smilax excelsa as MDR modulators. In vivo. 23 (4), 545-550 (2009).
- Xiao, J., Zhu, T., Yin, Y. Z., Sun, B. Notoginsenoside R1, a unique constituent of Panax notoginseng, blinds proinflammatory monocytes to protect against cardiac hypertrophy in ApoE(-/-) mice. European Journal of Pharmacology. 833 (15), 441-450 (2018).
- Sun, B., Xiao, J., Sun, X. B., Wu, Y. Notoginsenoside R1 attenuates cardiac dysfunction in endotoxemic mice: an insight into oestrogen receptor activation and PI3K/Akt signalling. British Journal of Pharmacology. 168 (7), 1758-1770 (2013).
- Adams, M. R., et al. Inhibition of coronary artery atherosclerosis by 17-beta estradiol in ovariectomized monkeys. Lack of an effect of added progesterone. Arteriosclerosis. 10 (6), 1051-1057 (1990).
- Keaney, J. F., et al. 17 beta-estradiol preserves endothelial vasodilator function and limits low-density lipoprotein oxidation in hypercholesterolemic swine. Circulation. 89 (5), 2251-2259 (1994).
- Nakashima, Y., Plump, A. S., Raines, E. W., Breslow, J. L., Ross, R. ApoE-deficient mice develop lesions of all phases of atherosclerosis throughout the arterial tree. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 14 (1), 133-140 (1994).
- Saleh, T. M., Cribb, A. E., Connell, B. J. Estrogen-induced recovery of autonomic function after middle cerebral artery occlusion in male rats. American Journal of Physiology- Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 281 (5), R1531-R1539 (2001).
- Bingham, D., Macrae, I. M., Carswell, H. V. Detrimental effects of 17beta-oestradiol after permanent middle cerebral artery occlusion. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 25 (3), 414-420 (2005).
- Pignoli, P., Tremoli, E., Poli, A., Oreste, P., Paoletti, R. Intimal plus medial thickness of the arterial wall: a direct measurement with ultrasound imaging. Circulation. 74 (6), 1399-1406 (1986).
- Hodgin, J. B., Maeda, N. Minireview: estrogen and mouse models of atherosclerosis. Endocrinology. 143 (12), 4495-4501 (2002).
- Bush, T. L., et al. Cardiovascular mortality and noncontraceptive use of estrogen in women: results from the Lipid Research Clinics Program Follow-up Study. Circulation. 75 (6), 1102-1109 (1987).
- Marsh, M. M., Walker, V. R., Curtiss, L. K., Banka, C. L. Protection against atherosclerosis by estrogen is independent of plasma cholesterol levels in LDL receptor-deficient mice. Journal of Lipid Research. 40 (5), 893-900 (1999).
