【摘要】：冠狀動脈旁路移植術(shù)(Coronary artery bypass grafting, CABG),是被廣泛接受的冠心病的有效治療方法。根據(jù)有無體外循環(huán),CABG可分為體外循環(huán)冠狀動脈搭橋術(shù)(Conventional coronary artery bypass grafting, CCABG)和非體外循環(huán)冠狀動脈搭橋術(shù)(Off-pump coronary artery bypass grafting, OPCABG)。與CCABG相比,OPCABG可降低手術(shù)接受者的腎臟功能損害、心肌損傷、大腦損傷、中風(fēng)、房顫、神經(jīng)認(rèn)知以及器官功能障礙等風(fēng)險。因此,OPCABG已被廣泛應(yīng)用于冠心病的臨床手術(shù)治療。然而,OPCABG仍不能避免手術(shù)操作本身對于心肌所臟成的損傷以及再灌注損傷。研究指出,某些炎癥相關(guān)的細胞因子,如白細胞介素6(Interleukin-6),丫干擾素(Interferon-y),高敏感性C-反應(yīng)蛋白(High sensitivity C-reactive protein)和粒細胞集落刺激因子(Granulocyte colony-stimulating factor)等,OPCABG接受者釋放水平與體外循環(huán)情況下相似,甚至更高。因此,抑制心肌缺血再灌注性損傷,完善圍手術(shù)期的管理,對于OPCABG同樣必要。 研究顯示在心肌缺血發(fā)生前或發(fā)生后采取一些措施,如麻醉劑干預(yù),在一定程度上可以減少心肌缺血所造成的心肌細胞損傷以及后續(xù)的再灌注損傷。七氟醚是一種吸入性麻醉劑,通過實施吸入性七氟醚麻醉,可顯著減少因心肌缺血而導(dǎo)致的梗死面積,并且通過降低Ca2+負(fù)荷,可保護心肌抵抗再灌注損傷。對于CABG接受者心房組織活檢的研究表明,七氟醚在缺血性前適應(yīng)階段可以下調(diào)血小板內(nèi)皮細胞黏附分子-1(PECAM-1/CD31)的表達水平,同時上調(diào)過氧化氫酶的表達。經(jīng)七氟醚處理后,雖然手術(shù)接受者血清中IL-10和IL-1受體拮抗劑水平仍有顯著提高,但IL-6和IL-8血清水平得到了顯著性抑制。除了吸入性麻醉藥外,靜脈麻醉劑,如丙泊酚也可以降低冠狀動脈旁路移植術(shù)接受者心肌再灌注損傷的程度。異丙酚可維持一氧化氮合酶(NOS)以及磷酸肌醇-3-激酶(phosphoinositide-3-kinase)/蛋白激酶B(Akt)的活性,該特性可能是異丙酚減少缺血性再灌注損傷的分子機制。此外,異丙酚具有與自由基清除劑相似的化學(xué)結(jié)構(gòu),而自由基清除劑的釋放是七氟醚所誘導(dǎo)的缺血性前適應(yīng)的必要條件,因此推測,異丙酚對缺血性再灌注同樣具有一定的缺血性前適應(yīng)作用。 雖然已有大量研究證實七氟醚和丙泊酚具有有效的心臟保護作用,但其心肌保護作用的潛在機制仍不清楚。本研究利用生物信息學(xué)技術(shù),基于基因表達譜芯片數(shù)據(jù),首次分析了吸入性七氟醚處理組特異性差異表達基因、靜脈注射丙泊酚處理組特異性差異表達基因以及兩組共有的差異表達基因,共三組差異表達基因；隨后我們對三組差異表達基因進行了功能注釋和分析；并探索了三組差異表達基因所在的互作功能模塊。以期從更加細致的分子互作角度闡釋吸入性七氟醚麻醉和靜脈注射丙泊酚麻醉的心肌保護機制,為尋求CABG圍手術(shù)期更有效的心肌保護方式奠定理論基礎(chǔ)。具體研究結(jié)果如下： 1從GEO (Gene Expression Omnibus)中下載吸入性七氟醚麻醉和靜脈注射丙泊酚麻醉處理的冠狀動脈旁路移植術(shù)病人心肌組織芯片表達譜數(shù)據(jù)(編號為GSE4386)。采用R語言中的Affy包對芯片數(shù)據(jù)進行預(yù)處理,并利用multtest包對吸入性七氟醚麻醉組和靜脈麻醉劑丙泊酚組所誘導(dǎo)的差異性表達基因進行篩選。從吸入性七氟醚麻醉和靜脈麻醉劑丙泊酚組分別篩選得到了879個和290個滿足差異閾值(FDR0.05和|logFC|1)的差異表達基因。 2.通過對吸入性七氟醚麻醉和靜脈麻醉劑丙泊酚組中所篩選得到的差異表達基因進行比較,得到吸入性七氟醚麻醉誘導(dǎo)下特異性差異表達基因879個,靜脈麻醉劑丙泊酚誘導(dǎo)下特異性差異表達基因290個,以及共同誘導(dǎo)的差異表達基因275個。進一步比較三類差異表達基因分別在兩個處理組中的表達水平發(fā)現(xiàn),七氟醚處理組特異性差異表達基因僅在七氟醚組表達水平有統(tǒng)計學(xué)差異(P=0.01239),在丙泊酚處理組無差異性表達；丙泊酚處理組特異性差異性表達基因僅在丙泊酚組表達水平有統(tǒng)計學(xué)差異(P=0.02206)；而兩組共有差異表達基因在兩個處理組均有差異性表達(P=2.98e-14),即分析結(jié)果與差異表達基因篩選結(jié)果一致。 3.利用DAVID在線工具對七氟醚組和丙泊酚組特異性差異表達基因進行GO分析,富集這些差異基因參與的關(guān)鍵生物學(xué)過程。其中,七氟醚處理組特異性差異表達基因最顯著參與傷害應(yīng)答反應(yīng)(n=72)；丙泊酚處理組特異性差異表達基因最顯著參與對有機物質(zhì)的應(yīng)答反應(yīng)(n=45)。進一步對兩組特異性差異表達基因以及共有差異表達基因所注釋的基因用BLASTX與COG直系同源簇數(shù)據(jù)庫進行比對分析,三類差異表達基因從cellular_component、molecular_function、biological process三方面獲得的COG功能分類很相似。 4.利用軟件WebGestalt搜索七氟醚組和丙泊酚組特異性差異表達基因及兩組的差異共表達基因所在的互作功能模塊,分別篩選到兩種麻醉劑共同誘導(dǎo)的、吸入性七氟醚麻醉組和靜脈麻醉劑丙泊酚誘導(dǎo)下的特異性差異表達基因存在的顯著性的功能模塊數(shù)量為2個、1個和1個(FDR0.05)。其中,差異共表達基因所在顯著性功能模塊分別包含10個和18個差異表達基因,如：ATF3、JUND、FOSB、JUNB及TNFAIP3。七氟醚處理組特異性差異表達基因所在顯著性功能模塊包含兩個上調(diào)基因,分別為CD93和LRRC32;以及七個下調(diào)基因,分別為CPXM1、FGFR2、 FLRT3、IL17RD、IRS1、IL7和CSFIR。丙泊酚處理組特異性差異表達基因所在顯著性功能模塊共包含8個上調(diào)基因,分別為：CISH、PTPN1、SOCS1、IL15RA、 RCAN1、IL6R、DUSP4和STAT3。對功能模塊中各基因利用EASE再次進行GO功能富集分析,其所參與的主要功能涉及轉(zhuǎn)錄調(diào)控、細胞過程調(diào)控等,與差異表達基因的功能注釋非常相似。 本研究從分子生物學(xué)角度系統(tǒng)地闡述了七氟醚和丙泊酚在CABG中的心肌保護作用。結(jié)果顯示,吸入性麻醉劑七氟醚和靜脈麻醉劑丙泊酚在保護心肌作用中具有協(xié)同的作用,因此,我們推測,吸入性麻醉劑七氟醚和靜脈麻醉劑丙泊酚兩種方式的靜吸復(fù)合麻醉方式,在冠狀動脈旁路移植手術(shù)中可能會具有更好保護心肌細胞作用。我們?nèi)孕柽M一步的分子生物學(xué)體內(nèi)和體外實驗論證該結(jié)論。 課題創(chuàng)新性與意義 研究表明七氟醚麻醉和靜脈注射丙泊酚麻醉都能在冠狀動脈旁路移植術(shù)手術(shù)后對心肌缺血再灌注損傷起到保護作用,但其相關(guān)的機制不是很清楚。本研究首次分析了吸入性七氟醚處理組特異性差異表達基因、靜脈注射丙泊酚處理組特異性差異表達基因以及兩組共有的差異表達基因,共三組差異表達基因,通過比較七氟醚和丙泊酚使用后引起的基因表達上的差異來分析兩種麻醉方式的作用特點,以期找到影響二者作用效果的關(guān)鍵性基因。隨后本研究又對三組差異表達基因進一步進行了功能注釋和分析,并探索了三組差異表達基因所在的互作功能模塊,然后對互作功能模塊進行功能富集分析。以期從更加細致的分子互作角度闡釋吸入性七氟醚麻醉和靜脈注射丙泊酚麻醉的心肌保護機制。 本研究的意義在于從基因?qū)用骊U述吸入性麻醉劑七氟醚和靜脈麻醉劑丙泊酚在冠狀動脈旁路移植手術(shù)中心肌細胞保護機制的作用特征和關(guān)鍵性的作用基因,為探索靜吸復(fù)合麻醉方式在該手術(shù)中可能發(fā)揮的作用提供理論依據(jù)。
[Abstract]:Coronary artery bypass grafting ( CABG ) is an effective method for coronary artery bypass grafting ( CABG ) and coronary artery bypass grafting ( OPCABG ) for coronary artery bypass grafting ( CCABG ) and off - pump coronary artery bypass grafting ( OPCABG ) . OPCABG has been widely used in the treatment of coronary heart disease . However , OPCABG is widely used in the treatment of coronary heart disease .

The results showed that the levels of IL - 10 and IL - 1 receptor in patients with coronary artery bypass grafting could be reduced by lowering the level of myocardial ischemia induced by myocardial ischemia .

Although a large number of researches have been conducted to prove that the heptafluoroether and propofol have an effective cardioprotective effect , the potential mechanism of myocardial protection is still unclear . The research uses bioinformatics technology to analyze the specific differential expression gene of the inhalation heptafluoroether treatment group , the specific differential expression gene of intravenous propofol treatment group and the two groups of common differential expression genes , and the three groups of differentially expressed genes are analyzed .
Then we performed functional annotation and analysis on three groups of differentially expressed genes .
In order to find out the mechanism of myocardial protection in anesthesia and intravenous injection of propofol from more detailed molecular interaction , this paper lays a theoretical foundation for the protection of myocardium in the perioperative period of CABG . The results are as follows :

1 . The expression profiles of myocardial tissue microarray in coronary artery bypass grafting ( GSE4386 ) were downloaded from GEO ( Gene Expression Omnibus ) . The expression profiles of differentially expressed genes induced by propofol group and propofol group were screened by Affy packet in R language .

2 . Compared with the differentially expressed genes screened in the group of propofol anesthesia and intravenous anesthetic propofol , the specific differential expression genes were obtained under the induction of the inhalation of heptafluoroether , 290 of which were specific differential expression genes and 275 differentially expressed genes which were induced by intravenous anesthetics .
There was significant difference in the expression level of propofol in propofol group ( P = 0.02206 ) .
There was a difference between the two groups in the two groups ( P = 2.98e - 14 ) , that is , the results of the analysis were consistent with the screening results of the differentially expressed genes .

3 . GO analysis was carried out on the specific differential expression gene of the group of heptafluoroether and propofol by the DAVID online tool to enrich the key biological processes involved in these differences .
The specific differential expression genes in propofol treatment group were most significantly involved in response to organic matter ( n = 45 ) . The comparison between the two groups of specific differential expression genes and the genes annotated by the common differential expression genes was compared with the COG direct homologous cluster database . The COG functional classification of three types of differential expression genes from cellular _ component , molecular _ function and biological process was very similar .

4 . The functional modules of the specific differential expression gene were identified as : CISH , PTPN1 , SOCS1 , IL15RA , RCAN1 , IL6R , FOSB , JUNB and TNFAIP3 .

In this study , the cardioprotective effects of heptafluoroether and propofol in CABG were systematically reviewed from the molecular biology perspective . The results showed that the combination of the inhalation anesthetic and propofol had a synergistic effect in the protection of cardiac muscle .

Subject innovation and significance

In this study , we analyzed the specific differential expression gene , intravenous propofol treatment group specific differential expression gene and two groups of different expression genes , and then analyzed the functional characteristics of the three groups of differentially expressed genes , and then analyzed the functional enrichment of the three groups of differentially expressed genes .

The significance of this study is to elucidate the role and key role of propofol and propofol propofol in coronary artery bypass grafting ( CABG ) in coronary artery bypass grafting ( CABG ) , and provide theoretical basis for exploring the possible role of propofol in the operation .
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R614.1

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8 曹t熎，

本文編號：2132068