Hydrogen (H2) Inhibits Isoproterenol-Induced Cardiac Hypertrophy via Antioxidative Pathways. | イソプロテレノールによる心肥大を水素は抗酸化経路を介して阻害する

Front Pharmacol. 2016 Oct 27;7:392. eCollection 2016.

Hydrogen (H2) Inhibits Isoproterenol-Induced Cardiac Hypertrophy via Antioxidative Pathways.

Department of Physiology, Zhongshan School of Medicine, Sun Yat-sen University

Abstract

Background and Purpose:

Hydrogen (H2) has been shown to have a strong antioxidant effect on preventing oxidative stress-related diseases. The goal of the present study is to determine the pharmacodynamics of H2 in a model of isoproterenol (ISO)-induced cardiac hypertrophy.

Methods:

Mice (C57BL/6J; 8-10 weeks of age) were randomly assigned to four groups: Control group (n = 10), ISO group (n = 12), ISO plus H2 group (n = 12), and H2 group (n = 12). Mice received H2 (1 ml/100g/day, intraperitoneal injection) for 7 days before ISO (0.5 mg/100g/day, subcutaneous injection) infusion, and then received ISO with or without H2 for another 7 days. Then, cardiac function was evaluated by echocardiography. Cardiac hypertrophy was reflected by heart weight/body weight, gross morphology of hearts, and heart sections stained with hematoxylin and eosin, and relative atrial natriuretic peptide (ANP) and B-type natriuretic peptide (BNP) mRNA levels. Cardiac reactive oxygen species (ROS), 3-nitrotyrosine and p67 (phox) levels were analyzed by dihydroethidium staining, immunohistochemistry and Western blotting, respectively. For in vitro study, H9c2 cardiomyocytes were pretreated with H2-rich medium for 30 min, and then treated with ISO (10 μM) for the indicated time. The medium and ISO were re-changed every 24 h. Cardiomyocyte surface areas, relative ANP and BNP mRNA levels, the expression of 3-nitrotyrosine, and the dissipation of mitochondrial membrane potential (MMP) were examined. Moreover, the expression of extracellular signal-regulated kinase1/2 (ERK1/2), p-ERK1/2, p38, p-p38, c-Jun NH2-terminal kinase (JNK), and p-JNK were measured by Western blotting both in vivo and in vitro.

Results:

Intraperitoneal injection of H2 prevented cardiac hypertrophy and improved cardiac function in ISO-infused mice. H2-rich medium blocked ISO-mediated cardiomyocytes hypertrophy in vitro. H2 blocked the excessive expression of NADPH oxidase and the accumulation of ROS, attenuated the decrease of MMP, and inhibited ROS-sensitive ERK1/2, p38, and JNK signaling pathways.

Conclusion:

H2 inhibits ISO-induced cardiac/cardiomyocytes hypertrophy both in vivo and in vitro, and improves the impaired left ventricular function. H2 exerts its protective effects partially through blocking ROS-sensitive ERK1/2, p38, and JNK signaling pathways.

Front Pharmacol. 2016 Oct 27;7:392. eCollection 2016.

イソプロテレノールによる心肥大を
水素は抗酸化経路を介して阻害する

中山大学　中山医学院　生理学科

＜要旨＞

背景および目的

水素には酸化ストレス関連疾患を防ぐ強い抗酸化作用があることが明らかとなっています。そこで本研究では、イソプロテレノール（ISO）による心肥大モデルを用いて、水素の薬理動態を調べることにしました。

方法

マウス（C57BL/6J;８～10週齢）をランダムに4グループに割り付けました。対照群（n=10）、ISO群（n=12）、ISO＋H2群（n=12）、H2群（n=12）。マウスはISO投与（0.5mg/100g/日）の7日前からH2（1ml/100g/日、腹腔内注射）を投与し、さらに追加で7日間ISOのみかISO＋水素を投与しました。

なお、心機能は心エコー検査で評価し、心肥大については心臓重量/体重比、心臓形態、心臓部位のHE染色、ANP/BNP相対的mRNA量で調べました。また、心臓の活性酸素種（ROS）、3-ニトロチロシン、p67phoxはそれぞれ、ジヒドロエチジウム染色、免疫染色、ウエスタンブロットで調べました。

一方in vitro試験では、H9c2心筋細胞を高濃度の水素培養液で30分間事前に処理し、その後ISO（10μM）を負荷しました。その後、培養液とISOは24時間おきに入れ替えました。

心筋細胞の表層部位と、ANP/BNP相対的mRNA量、3-ニトロチロシン発現量、ミトコンドリア膜電位（MMP）消失についても調べました。さらに細胞外ERK1/2、p-ERK1/2、p38、p-p38、c-JNK、p-JNKをin vivoとin vitroそれぞれで測定しました。

結果

水素を腹腔内注射することにより、ISO投与マウスの心肥大が抑えられ、心機能が改善しました。また、in vitroでも高濃度水素培養液を用いると、ISO添加による心筋細胞の容積増大が抑えられました。そして、水素はNADPH酸化酵素の過剰発現とROS蓄積を抑え、MMPの減少を軽減し、ROS感受性ERK1/2、p38、JNKシグナル経路を阻害しました。

結論

水素は in vivoまたはin vitroの両方で、心肥大および心筋細胞の容積増大を抑え、低下した左心室の機能を改善しました。そしてその水素による保護作用の少なくとも一部は、ROS感受性ERK1/2、p38、JNLシグナル経路の遮断を介することで発揮されます。

＜一言＞

肥大型心筋症に対する水素の効果を、動物実験と細胞実験で確かめたのがこの研究になります。肥大型心筋症とは、心臓を動かす筋肉（＝心筋）の一部が異常に大きくなって、心臓の機能が低下してしまう病気です。遺伝によるものが50％ほどで、今回の試験モデルのように一部の高血圧治療薬でも似た症状が起きることが知られています。

この実験の結果の上では、水素で心筋の肥大を抑えることができ、心機能の低下を抑えることができましたが、今後の取り組みで検証されることが期待されます。