心血管疾病已经成为全球人口主要的死亡原因。而心肌梗死(心梗)又是心血管疾病中致死率致残率较高的疾病。心梗后心室重构是心力衰竭发生发展的病理基础。逆转、延缓心室重构已经成为心梗后治疗的重要策略。细胞凋亡是一种程序性的细胞死亡。有研究证实，心梗后心肌细胞凋亡指数上升，并持续1个月无显著下降。由于成人心肌细胞为终末分化细胞，不具有再生功能。因此，心梗后心肌细胞凋亡导致大量心肌细胞丢失，对心脏结构及功能产生不可逆的影响。

番茄红素是从番茄中提取的一种天然成分，是一种类胡萝卜素。其分子式为C₄₀H₅₆，由11个共轭双键和2个非共轭双键组成。番茄红素清除自由基的功效远甚于其他的类胡萝卜素和维生素E。早期研究者主要集中在番茄红素强大的抗氧化应激的作用。最近，有研究报道高番茄红素膳食摄入量可以改善心力衰竭患者无事件生存率^[1]。血清高浓度的番茄红素与心梗、动脉粥样硬化、猝死发病风险呈负相关^{[2, 3]}。此外，番茄红素对异丙肾上腺素诱导的心肌梗死具有心脏保护作用^[4]。这些研究结果均提示番茄红素具有心脏保护作用。然而番茄红素对心梗后心功能及心肌细胞凋亡的影响尚未见报道。在本实验中，我们通过结扎大鼠冠状动脉前降支制备心肌梗死模型，探讨番茄红素对心梗大鼠心功能及心肌细胞凋亡的影响。

SD大鼠，雄性，清洁级，体重220-260 g，45只，由华中科技大学同济医学院实验动物中心提供。随机分为3组：假手术组(n=15)，心梗对照组(n=15)，番茄红素治疗组(n=15)。饲养环境：屏障环境、相对湿度40%-70%、温度维持在20-26 ℃，气流速度0.1-0.2 m/s，工作照度15-300 Lux，动物照度15-20 Lux，人工光照，昼夜明暗交替时间12 h/12 h，换气次数10-20次/h，空气洁净度10 000级，落下细菌数≤3个/皿，噪声≤60 db。

本研究采用结扎大鼠心脏冠状动脉前降支制备急性心肌梗死模型。3%戊巴比妥钠腹腔注射麻醉大鼠(40 mg/kg)，接体表心电图监测。气管插管后小动物呼吸机辅助通气，通气潮气量为3.0 ml/kg，呼吸频率为60-70次/min，呼吸比为2:1。开胸结扎冠状动脉前降支。急性心肌梗死模型制备成功判断标准：Ⅰ、aVL导联ST段弓背向上抬高大于0.2 mV，并持续半小时以上，以及结扎线下区域变成苍白色。结扎成功后，负压关胸。术后每只大鼠连续3 d肌肉注射青霉素80万U预防感染。假手术组除了只穿线不结扎外，其余的步骤与心梗对照组相同。番茄红素治疗组术后第1天给予40 mg/(kg\5d)番茄红素灌胃，连续28 d。假手术及心梗对照组给予同剂量生理盐水灌胃。

术后4周行心脏超声检测。采用戊巴比妥钠腹腔注射麻醉大鼠，采用GE vivid 7超声诊断系统，S4探头，频率2.5赫兹。测量左室收缩末期内径(left ventricular end-systole dimension，LVESD)，左室舒张末期内径(left ventricular end-diastole dimension，LVEDD)。左室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)和左室短轴缩短分数(left ventricular shortening fraction，LVFS), 由超声系统自带的软件自动计算得出。

分离出左侧颈总动脉，将导管逐步送入左室内，记录心率(HR)、平均动脉压(MAP)、左室收缩末期压(LVESP)、左室舒张末期压(LVEDP)、心室收缩时室内压最大上升速率(+dP/dt)及左室舒张时室内压最大下降速率(-dP/dt)。后取出心脏分别置于4%的甲醛溶液中及-70 ℃冰箱保存。

根据TUNEL试剂盒步骤操作，将心脏石蜡切片制成Tunel染色切片在显微镜下观察。细胞核染成棕褐色或棕黄色为阳性反应。凋亡细胞判定：①细胞核呈现阳性反应; ②具有细胞凋亡的形态学特征。在每张玻片上随机取4个视野，计算凋亡指数(AI)：心肌细胞凋亡指数(%)=凋亡心肌细胞核数/总计心肌细胞核数×100%。

采用Western blot法检测蛋白水平，具体参考文献[5]。提取总蛋白，采用BCA法检测蛋白浓度。蛋白经聚丙烯酰胺凝胶电泳、转膜后，剪出目的条带；加一抗(Caspase-3购于Santa Cruz biotechnology，sc-1224)-4 ℃过夜。TBST洗膜后，加二抗(goat anti-rabbit IgG-HRP购于Santa Cruz biotechnology，SC-2004)室温下孵育1 h。用TBST洗膜后，加发光剂，ECL发光检测。用MituGauge V 3.0 Imager软件对图像进行半定量分析。

所有的计量资料数据采用均数±标准差(x±s)表示，组间比较采用单因素方差分析。数据统计处理由SPSS 14.0软件包完成，以P＜0.05为差异有统计学意义。

术后28 d，各组之间大鼠体重、相对心脏体重比差异无统计学意义。心梗后，相对肺脏体重比增加，LVEF、FS、LVESP、-dP/dt、+dP/dt显著降低(P＜0.05)，LVEDD、LVESD、LVEDP显著升高(P＜0.05)，提示心梗后心脏收缩功能恶化，心脏扩大。番茄红素治疗后，这些指标显著优于心梗对照组(表 1，P＜0.05)，提示番茄红素可以改善心梗后左室功能。

表 1(Table 1)

表 1 番茄红素对心梗大鼠相对肺脏体重比及心功能的影响 检测指标 假手术组(n=15) 心梗对照组(n=15) 番茄红素治疗组(n=15) 体重(g) 359.00±36.00 346.00±58.00 339.00±47.00 相对心脏体重比(mg/g) 3.18±0.32 3.28±0.44 3.30±0.51 相对肺脏体重比(mg/g) 5.14±0.72 7.82±0.92# 6.54±1.02* LVEDD (mm) 4.29±0.38 6.46±0.26# 6.11±0.32* LVESD (mm) 2.52±0.28 4.27±0.41# 3.94±0.30* FS (%) 46.74±6.76 27.80±4.13# 33.21±2.92* LVEF (%) 70.19±7.83 41.67±5.45# 54.64±3.21* LVEDP (mmHg) 7.40±2.71 22.58±4.57# 14.34±4.43* LVESP (mmHg) 139.7±12.16 100.62±8.91# 115.82±3.12* -dP/dt (mmHg/s) 3 823.9±359.2 2 178.3±237.2# 2 683.5±212.9* +dP/dt (mmHg/s) 4 372.8±495.3 2 397.2±339.1# 2 793.2±223.4*  与假手术组比较, #P＜0.05;与心梗对照组比较, *P＜0.05

表 1 番茄红素对心梗大鼠相对肺脏体重比及心功能的影响

采用TUNEL检测心肌细胞凋亡。如图 1所示，心梗后28 d，心肌细胞凋亡指数显著上升(P＜0.05)。番茄红素治疗组凋亡指数显著低于心梗对照组(P＜0.05)，提示番茄红素可抑制心梗后心肌细胞凋亡，对心肌细胞具有保护作用。

图 1(Figure 1)

图 1 番茄红素对梗死周边区心肌细胞凋亡的影响 A：Tunel染色检测心肌细胞凋亡；B：凋亡指数分析统计图与假手术组比较，#P＜0.05；与心梗对照组比较，*P＜0.05

为了进一步研究番茄红素抗心梗后心肌细胞凋亡的分子机制，本研究采用Western blot法检测Caspase-3蛋白表达水平。如图 2所示，心梗后28 d，梗死周边区心肌组织Caspase-3蛋白表达水平显著增加(P＜0.05)。与心梗对照组比较，番茄红素治疗组梗死周边区心肌组织Caspase-3蛋白表达水平显著降低(P＜0.05)，提示番茄红素抗心梗后心肌细胞凋亡的作用与其对Caspase-3蛋白水平的抑制作用有关。

图 2(Figure 2)

图 2 番茄红素对梗死周边区心肌Caspase-3的影响 A: Western blot法检测Caspase-3蛋白表达; B:Caspase-3蛋白表达统计分析图与假手术组比较, #P＜0.05;与心梗对照组比较, *P＜0.05

心室重构是心梗后心力衰竭发生发展的主要病理基础，主要表现为左心室大小形态、结构及功能的改变。心梗后，心肌细胞及心肌间质出现一系列病变，包括心肌细胞死亡、炎症反应、微血管稀薄化等，这些病变相互作用，形成一个渐进性的恶性循环，使得心室重构机制更加复杂^{[5, 6]}。因此，改善心室重构是治疗心梗后心力衰竭的重要临床策略。番茄红素是一种天然色素，具有多种生物活性，如抗氧化应激、抗炎等。流行病学研究显示，番茄红素可以降低心血管疾病、神经系统疾病、肿瘤的发病风险，其对于心脏健康有着积极的作用。有研究显示血清低番茄红素与心血管疾病高死亡率相关^[7]。较高的番茄红素膳食摄入量可以改善心力衰竭患者无事件生存率^[1]，降低女性冠心病生物标志物水平^[8]。血清高浓度的番茄红素能够降低动脉粥样硬化、心肌梗死、猝死发病风险^{[2, 9]}。番茄红素减轻健康成人血管内皮细胞的氧化应激作用^[10]。本研究发现，番茄红素可抑制心梗后心肌细胞凋亡，改善心功能。

LVEF是反映心脏功能重要指标，LVEDD及LVESD是反映心脏结构的重要指标。本研究发现，心梗后LVEDD及LVESD增大，LVEF降低，提示心梗后心脏扩大、功能受损。给予番茄红素灌胃治疗后，LVEDD及LVESD减小，LVEF升高，提示番茄红素改善心梗后心脏结构与功能。为了进一步验证番茄红素对心梗后心功能的作用，本研究进行血流动力学检测。左室内导管血流动力学检测能够准确的反映左室的收缩及舒张功能。本研究发现，心梗对照组LVEDP升高、LVSDP及±dp/dt max降低，番茄红素治疗组这些指标明显优于心梗对照组，再次证实番茄红素可改善心梗后心功能。此外，本研究还发现番茄红素可以降低心梗所致的相对肺脏体重比的增加。这些证据均表明番茄红素对心梗后大鼠心功能具有保护作用。

细胞凋亡是一种细胞程序性死亡。由于心肌细胞的再生能力有限，心肌细胞凋亡导致大量心肌细胞丢失，极大的影响了心脏结构及功能。心梗后心肌细胞凋亡在心室重构及心力衰竭的发展中起着重要作用。有研究者在终末期心力衰竭患者及心梗的动物心脏中均发现心肌细胞凋亡^[11]，且持续1个月无显著下降。Caspase-3是细胞凋亡的执行者，可直接降解胞内的结构蛋白和功能蛋白，引起凋亡。本研究发现，番茄红素可抑制梗死周边区心肌细胞凋亡指数，下调Caspase-3蛋白表达水平，提示番茄红素抑制心肌细胞凋亡可能与其降低Caspase-3蛋白表达水平有关，其涉及的具体机制有待于进一步研究。

综上所述，番茄红素可能通过抑制心梗后心肌细胞的凋亡来逆转心室重构，改善心功能。这些至少可以部分解释番茄红素的心脏保护作用。