CN106974741B - 间歇性低氧系统在胸主动脉瘤治疗装置中的用途 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医学领域，涉及间歇性低氧系统在胸主动脉瘤治疗装置中的用途。本发明公开了一种间歇性低氧系统的新用途，用于哺乳动物胸主动脉瘤的治疗。本发明证实了间歇性低氧对哺乳动物胸主动脉瘤具有明显的治疗作用，从而为胸主动脉瘤的临床治疗提供了新的途径。此外，本发明还提供了一种治疗胸主动脉瘤的装置或设备，该装置或设备中包含上述间歇性低氧系统。
Description
技术领域
本发明属于医学领域，涉及间歇性低氧系统在胸主动脉瘤治疗装置中的用途。
背景技术
胸主动脉瘤(aneurysm of thoracic aorta)是指由于各种原因造成的胸主动脉窦、升主动脉、主动脉弓或降主动脉的永久性、持续性扩张，并呈瘤样突出。胸主动脉瘤在形成和发展过程中几乎是无症状的，一旦破裂，具有很高的致死率。近年来，胸主动脉瘤发病率正在逐年增加，患者以男性为主(Howard DP,Banerjee A,Fairhead JF,etal.Population-based study of incidence and outcome of acute aortic dissectionand premorbid risk factor control:10-year results from the Oxford VascularStudy.Circulation.2013；127(20):2031-2037.)。目前，针对胸主动脉瘤的治疗，以手术切除术为主，但创伤大、手术风险仍较高。
研究证实，胸主动脉瘤的危险因素包括高血压、遗传、性别、年龄、吸烟等，其中遗传起重要作用(Milewicz DM,Regalado ES,Shendure J,et al.Successes andchallenges of using whole exome sequencing to identify novel genes underlyingan inherited predisposition for thoracic aortic aneurysms and acute aorticdissections.Trends in cardiovascular medicine.2014；24(2):53-60.)。有学者发现，赖氨酰氧化酶(lysyl oxidase,LOX)基因突变可促进胸主动脉瘤及夹层等主动脉疾病的发生(Guo DC,Regalado ES,Gong L,et al.LOX Mutations Predispose to ThoracicAortic Aneurysms and Dissections.Circulation research.2016；118(6):928-934.)。LOX基因具有调控胶原纤维和弹力纤维正常生成及交联的作用，LOX基因突变可导致胶原纤维与弹力纤维之间的紧密连接紊乱，进而导致血管壁薄弱易受损，最终引起胸主动脉瘤及夹层。目前，LOX抑制剂3-氨基丙腈富马酸盐(BAPN)已广泛应用于与胸主动脉瘤相关的动物模型中(Jia LX,Zhang WM,Zhang HJ,et al.Mechanical stretch-induced endoplasmicreticulum stress,apoptosis and inflammation contribute to thoracic aorticaneurysm and dissection.The Journal of pathology.2015；236(3):373-383.)。
氧是人类及绝大多数生物赖以生存的必需条件，也是调节机体生理功能的重要因子。低氧是生命发育的基本环境，人类胚胎是在低氧环境中发育的，出生后仍有部分组织处于低氧环境。因此，研究低氧与人体细胞、组织和器官的损伤及其保护具有重要的医学价值。
低氧存在各种形式，包括持续性低氧与间歇性低氧，不同于持续性低氧，间歇性低氧(intermittent hypoxia，IH)是指在低氧环境中保持一段时间，然后恢复至常氧环境。近年来，关于间歇性低氧对各种疾病的影响正在被广泛研究，有研究表明，在肿瘤组织中，低氧条件可通过HIF-1α增加LOX的表达进而促进肿瘤细胞的增殖与转移(Erler JT,Bennewith KL,Nicolau M,et al.Lysyl oxidase is essential for hypoxia-inducedmetastasis.Nature.2006；440(7088):1222-1226.)。然而，鉴于胸主动脉瘤只是一种瘤状突起物，其并不属于严格意义上的“肿瘤”，因此，关于间歇性低氧是否能有效的延缓或减轻胸主动脉瘤的发生和发展，即是否对胸主动脉瘤具有缓解或治疗作用尚未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供间歇性低氧在胸主动脉瘤治疗中的用途。
本发明应用动物三气培养箱模拟慢性间歇性低氧(Chrominic IntermittentHypoxia，CIH)状态，经过研究我们发现慢性间歇性低氧对β-氨基丙腈(BAPN)诱导的小鼠胸主动脉瘤及夹层的形成具有很好的预防与治疗作用，其能显著降低BAPN诱导的小鼠胸主动脉瘤及夹层的发生率与死亡率，明显改善BAPN诱导的弹力纤维紊乱和血管壁增厚，其作用机制可能与间歇性低氧通过促进低氧诱导因子HIF-1α表达，改善LOX基因的活性和水平，抵抗BAPN对LOX的抑制，进而增加血管壁弹力纤维与胶原纤维的紧密连接等作用有关，因此，间歇性低氧方法可以减少或延缓因LOX基因缺陷引起的胸主动脉瘤及相关疾病的发生与发展。
在本发明的第一方面，提供了一种间歇性低氧系统的用途，所述间歇性低氧系统包括低氧调控装置、氧浓度显示屏、氧气供给装置、氮气供给装置和一个封闭的低氧仓，所述低氧仓中包括气体供给管道、气体排出管道和含氧量检测装置。低氧调控装置根据含氧量检测装置所检测到的氧浓度值来调节氧气和氮气的输入量，氧气供给装置和氮气供给装置按照低氧调控装置指示的输入量分别向低氧仓中输入氧气和氮气，使得低氧舱内的氧浓度值达到低氧调控装置设定的氧浓度值。上述间歇性低氧系统可用于制备治疗胸主动脉瘤的装置或设备，所述治疗胸主动脉瘤的装置或设备以低氧-常氧相间隔的方式提供氧气。
作为一种优选，上述间歇性低氧系统中的含氧量检测装置为氧浓度感应探头。
在本发明的一个优选例中，所述间歇性低氧系统在治疗胸主动脉瘤过程中，所采用的低氧-常氧相间隔的方式中低氧状态的氧浓度值为5％，常氧状态的氧浓度值为21％，低氧-常氧状态转换过程每90秒钟循环一次，每天持续运行时间为8-10小时。
在本发明的第二方面，提供一种治疗胸主动脉瘤的装置或设备，所述装置或设备中包含上述间歇性低氧系统。
在本发明的第三方面，提供一种治疗哺乳动物胸主动脉瘤的方法，采用间歇性低氧环境来实施治疗，具体包括以下步骤：将患有胸主动脉瘤的哺乳动物置于低氧-常氧相间隔的环境中，其中低氧状态的氧浓度值为5％，常氧状态的氧浓度值为21％，低氧-常氧状态转换过程每90秒钟循环一次，每天持续治疗时间为8-10小时，连续治疗10-90天。
综上所述，本发明证实了间歇性低氧对哺乳动物胸主动脉瘤具有明显的治疗作用，从而为胸主动脉瘤的临床治疗提供了新的途径，有助于胸主动脉瘤及相关疾病的预防和治疗。
附图说明
图1常氧模型组和间歇性低氧模型组小鼠死亡率统计图。
图2空白对照组、常氧模型组和间歇性低氧模型组小鼠生存率统计图。
图3空白对照组、常氧模型组和间歇性低氧模型组小鼠平均每只每日饮水量统计图。结果显示，三组小鼠中常氧模型组和间歇性低氧模型组小鼠每日饮水量比较无显著差异。
图4空白对照组、常氧模型组和间歇性低氧模型组小鼠血管大体图。结果显示，慢性间歇性低氧(CIH)可抑制BAPN(β-氨基丙腈)诱导的小鼠胸主动脉瘤的形成。
图5超声检测空白对照组、常氧模型组和间歇性低氧模型组小鼠血管直径差异及结果统计图。结果显示，BAPN处理组与空白对照组相比，血管直径增加，CIH可减轻BAPN诱导的血管直径增大，其结果具有统计学意义(P<0.05)。
图6空白对照组、常氧模型组和间歇性低氧模型组小鼠HE染色血管大体图。结果显示，常氧模型组小鼠的血管直径及管壁紊乱程度较空白对照组显著增加，CIH可减轻BAPN诱导的血管壁紊乱程度及血管扩张。
图7弹力染色检测空白对照组、常氧模型组和间歇性低氧模型组小鼠血管壁弹力纤维紊乱和断裂程度。结果显示，常氧模型组较空白对照组血管壁弹力纤维紊乱和断裂程度增加，CIH可降低BAPN诱导的弹力纤维紊乱和断裂程度。
图8免疫组化检测空白对照组、常氧模型组和间歇性低氧模型组小鼠LOX表达水平差异。结果显示，与空白对照组相比，常氧模型组中巨噬细胞表面抗原Mac-2表达增加，CIH可减轻BAPN诱导的巨噬细胞聚集，进而减轻血管壁炎症，降低主动脉瘤的发生。
图9免疫组化检测空白对照组、常氧模型组和间歇性低氧模型组小鼠炎症表达水平差异。结果显示，与空白对照组相比，常氧模型组的血管壁LOX表达水平降低，CIH可减轻BAPN诱导的LOX表达降低，增加血管壁弹力蛋白之间的紧密连接，增加血管壁的弹性和抗血流牵拉能力，进而降低胸主动脉瘤的发生。
图10western-blot检测空白对照组、常氧模型组和间歇性低氧模型组小鼠低氧诱导因子HIF-1α的表达水平差异。结果显示，与空白对照组和常氧模型组相比，间歇性低氧模型组可显著增加HIF-1α的表达。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。
除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
实施例1
慢性间歇性低氧对C57BL小鼠胸主动脉瘤发生率与生存率的影响
一、实验仪器及材料
三气动物培养箱(美国Biospherix公司)；
小鼠：C57BL小鼠。
二、实验条件
慢性间歇性低氧环境：
低氧状态氧浓度值(体积百分比)：5％；
常氧状态氧浓度值(体积百分比)：21％；
低氧-常氧状态转换：90s/cycle；
实验持续时间：8-10小时/天。
三、实验步骤
将70只C57BL小鼠分为三组：分别为空白对照组10只、常氧模型组30只、间歇性低氧模型组30只。其中，常氧模型组和间歇性低氧模型组小鼠经BAPN处理：根据实验要求剂量，将每日新配的BAPN溶于蒸馏水后用量筒分别量取100毫升倒入常氧模型组和间歇性低氧模型组小鼠饮水瓶中，保证饮水瓶不漏水、渗水，次日测量小鼠饮水量，并做好实验记录，每三日测量小鼠摄食水平，每周测量小鼠体重。
四、实验结果
结果表明：慢性间歇性低氧可显著降低BAPN诱导的小鼠胸主动脉瘤的发生率及死亡率。其中，常氧模型组第10天即出现小鼠动脉瘤破裂死亡，而间歇性低氧模型组第15天才出现小鼠死亡，从总体死亡数来看，常氧模型组小鼠的死亡数量是间歇性低氧模型组小鼠死亡数量的2倍(图1，图2)。
饮水量记录显示常氧模型组与间歇性低氧模型组小鼠每日饮水量无显著差异，因此可排除饮水量不同造成的结果差异(图3)。
动物血管大体图显示，慢性间歇性低氧可抑制BAPN诱导的小鼠胸主动脉瘤的形成(图4)。
超声检测血管直径结果显示，与空白对照组相比，模型组小鼠血管直径增加，而慢性间歇性低氧可减轻BAPN诱导的血管直径增大，与常氧模型组相比，间歇性低氧模型组小鼠血管直径明显较小，其结果具有统计学意义(P<0.05)(图5)。
病理结果显示，慢性间歇性低氧可减轻BAPN诱导的血管壁结构紊乱及血管扩张，与常氧模型组相比，间歇性低氧模型组小鼠血管壁弹力纤维紊乱和断裂程度明显较低(图6，图7)。
免疫组化结果显示，慢性间歇性低氧可增加LOX的表达，减轻BAPN诱导的巨噬细胞聚集，减轻血管壁炎症，增加血管壁弹力蛋白之间的紧密连接，增加血管壁的弹性和抗血流牵拉能力，进而降低胸主动脉瘤的发生(图8，图9)。
western-blot检测结果显示，与空白对照组和常氧模型组相比，间歇性低氧模型组可显著增加HIF-1α的表达。因此我们推测CIH可能通过HIF-1α增加LOX的表达，增加血管壁弹力蛋白与胶原蛋白之间的紧密连接，进而降低BAPN诱导的胸主动脉瘤的发生与发展(图10)。
上述研究结果可能为LOX基因突变导致LOX表达降低的胸主动脉瘤患者提供新的临床治疗方式。
在本发明中提及的所有文献都在本申请中引用做参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，以上对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化。
Claims (3)
1.一种治疗胸主动脉瘤的装置，其包括间歇性低氧系统，所述间歇性低氧系统包括低氧调控装置、氧浓度显示屏、氧气供给装置、氮气供给装置和一个封闭的低氧仓，所述的低氧仓中包括气体供给管道、气体排出管道和含氧量检测装置；
低氧调控装置根据含氧量检测装置所检测到的氧浓度值来调节氧气和氮气的输入量，氧气供给装置和氮气供给装置按照低氧调控装置指示的输入量分别向低氧仓中输入氧气和氮气，使得低氧舱内的氧浓度值达到低氧调控装置设定的氧浓度值；
所述治疗胸主动脉瘤的装置以低氧-常氧相间隔的方式提供氧气。
2.如权利要求1所述的治疗胸主动脉瘤的装置，其中所述含氧量检测装置为氧浓度感应探头。
3.如权利要求1所述的治疗胸主动脉瘤的装置，其特征在于：所述低氧-常氧相间隔的方式中低氧状态的氧浓度值为5％，常氧状态的氧浓度值为21％，低氧-常氧状态转换过程每90秒钟循环一次。
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