線粒體功能障礙在高鹽誘導心肌肥厚中的機制研究.pdf

1、背景和目的:
　　心血管疾病嚴重威脅人類的健康和生命，目前已成為危害人類健康的頭號殺手。心力衰竭是各種心臟疾病的嚴重和終末階段，患病率高，危害性大。心肌肥厚是心臟對各種應激產生的適應性增生，是心血管疾病的獨立危險因素，持續(xù)的心肌肥厚可導致充血性心力衰竭、冠心病、猝死和中風的發(fā)生。引起心肌肥厚的危險因素很多，包括遺傳和環(huán)境因素。其中性別、年齡、種族、遺傳等因素屬于不可改變的因素。高血壓、糖尿病、肥胖、胰島素抵抗、酗酒、高鹽攝入、低鉀

2、等因素與不健康的生活方式有關。
　　公元前2200年鹽作為一種調味品在中國被廣泛使用，高鹽攝入成了中國飲食文化的一部分。流行病學調查顯示，中國北方人群攝鹽量明顯高于南方人群，我國北方地區(qū)居民攝鹽最大多超過15克，南方地區(qū)居民多超過10克，遠遠高于世界衛(wèi)生組織推薦的每日5克的攝鹽量。流行病學研究顯示我國北方高血壓及冠心病發(fā)病率顯著高于南方，北方高鹽膳食、中西南地區(qū)膳食嗜辣，提示膳食習慣差異可能對心血管代謝病有重要影響。
　　辣

3、椒素，是辣椒中的主要活性成份，其作用靶點為辣椒素受體(TRPV1)。TRPV1在體內除神經系統(tǒng)廣泛表達外，近年來發(fā)現(xiàn)其在全身多處組織有表達。我們前期的研究證實激活TRPV1可以降低血壓、減輕動脈粥樣硬化、改善糖代謝和預防肥胖。辣椒素通過激活TRPV1增加小鼠的運動耐量、耗氧量和骨骼?、裥屠w維含量改善骨骼肌的能量代謝。夜間血壓升高是高鹽飲食引起心肌肥厚的主要原因，我們的研究顯示激活TRPV1可以降低高鹽引起的夜間血壓升高。這些研究表明辣椒

4、素對心血管代謝系統(tǒng)有保護作用。
　　臨床和動物研究顯示長期高鹽攝入是獨立于血壓引起心肌肥厚的危險因素，目前關于鹽與心肌肥厚的作用機制不明。研究發(fā)現(xiàn)線粒體功能失調可能導致心肌肥厚，引起心衰。正常情況下，成年人心臟主要由脂肪酸氧化供能，研究發(fā)現(xiàn)，在左室肥厚和心衰發(fā)生之前，壓力負荷增加會導致心肌線粒體的能量代謝發(fā)生改變，心肌由脂肪酸供能轉變?yōu)槠咸烟枪┠?。在心臟重塑的早期階段，能量代謝的這種改變在保護心臟不可逆損傷中起重要作用。
　

5、　UCP3屬于線粒體內膜轉運蛋白家族，主要調節(jié)能量代謝和脂肪酸轉運，UCP3通過改善線粒體功能和減輕ROS引起的氧化應激保護心臟。高鹽飲食主要導致壓力負荷增加，最開始的表現(xiàn)為心臟重塑。高鹽攝入引起的心臟負荷加重是否導致心肌能量代謝改變出現(xiàn)線粒體功能失調，目前報道不多。因此，我們推測線粒體功能失調是高鹽導致心肌肥厚的重要原因，一些離子通道蛋白，比如TRPV1、UCP3可能參與了高鹽引起的心臟重塑。
　　為了驗證上述推測，本研究分兩部

6、分進行。第一部分:我們提出假設，辣椒素通過激活TRPV1改善線粒體功能減輕高鹽誘導的心肌肥厚。分題一重點探討膳食辣椒素激活TRPV1是否對高鹽誘導的心肌肥厚有保護作用。我們用小動物心臟B超評價了長期高鹽攝入對小鼠心臟的結構和功能的影響;用小動物跑步機評價小鼠運動耐力，并用實驗動物監(jiān)測系統(tǒng)觀察了高鹽小鼠的能量代謝及行為學改變。分題二:為了探討高鹽攝入引起的心肌肥厚是否與線粒體功能障礙有關，我們用高分辨率呼吸功能測定儀評價了高鹽對小鼠線粒體

7、呼吸功能的影響，測定了呼吸鏈酶活性。為了進一步研究線粒體功能障礙在高鹽發(fā)病中的機制，第二部分我們重點探討了與線粒體功能關系密切的解偶聯(lián)蛋白3在高鹽誘導心肌肥厚中的作用。
　　材料與方法:v整個研究包括離體實驗和在體實驗。離體實驗以培養(yǎng)的H9C2大鼠心肌細胞為研究對象，在此基礎上進行干預試驗。在體試驗采用了多種動物模型。首先以TRPV1基因敲除(TRPV1-/-)和野生型小鼠為模型，隨機分為普食、高鹽(8％)和高鹽辣組(0.01％辣

8、椒素和8％鹽)干預24周。另外，我們選取UCP3敲除和C57BL/6小鼠，隨機分為普食和高鹽(8％)組干預24周。
　　1.整體動物研究:
　　1)記錄體重、血壓、心率、進食量、飲水量等一般情況。
　　2)小動物超聲和運動耐力測試評價各組小鼠心臟結構和功能的變化。
　　3)實驗動物監(jiān)測系統(tǒng)評估各組小鼠整體能量代謝的變化。
　　4)線粒體功能檢測:測定各組小鼠心肌線粒體呼吸功能、呼吸鏈酶活性和ATP水平的改變

9、。
　　5)基因表達改變:蛋白免疫印跡法檢測各組小鼠心肌線粒體TRPV1、Sirt3、NDUFA9的蛋白表達變化。
　　2.細胞水平研究:檢測大鼠心肌細胞TRPV1、Sirt3、NDUFA9的蛋白表達變化。
　　結果:
　　1.長期高鹽攝入導致血壓升高、左室肥厚和心臟功能受損，膳食辣椒素通過激活TRPV1可以降低血壓、減輕心肌肥厚和改善心臟功能失調。
　　2.長期高鹽攝入導致小鼠整體能量代謝受損，自主活動減

10、少和運動耐力下降，膳食辣椒素通過激活TRPV1改善能量代謝、增加自主活動和運動耐力。
　　3.TRPV1在小鼠心肌線粒體和體外培養(yǎng)的大鼠心肌細胞線粒體上特異性表達。TRPV1敲除和長期高鹽攝入導致線粒體呼吸功能受損，膳食辣椒素通過激活TRPV1改善野生型小鼠高鹽導致的線粒體功能失調，增加復合體Ⅰ、復合體Ⅰ+Ⅱ的氧化磷酸化和電子傳遞鏈能力。
　　4.TRPV1敲除和高鹽攝入降低心肌線粒體復合體Ⅰ和檸檬酸合酶的酶活性，但對復合體

11、Ⅱ的酶活性無明顯影響;膳食辣椒素通過激活TRPV1增加復合體Ⅱ和檸檬酸合酶的酶活性，但對復合體Ⅱ的酶活性無明顯作用。
　　5.高鹽攝入和TRPV1敲除導致心肌線粒體ATP的產生減少，膳食辣椒素通過激活TRPV1增加心肌線粒體ATP水平。
　　6.辣椒素通過激活TRPV1上調小鼠心肌線粒體和大鼠心肌細胞Sirt3和NDUFA9蛋白的表達。
　　7.高鹽攝入獨立于血壓引起小鼠左室肥厚和左室舒張功能失調;UCP3敲除小鼠比C

12、57BL/6小鼠對鹽更敏感;UCP3敲除加重高鹽導致的心肌肥厚和心臟功能損害。
　　結論:
　　1.長期高鹽攝入可以通過升高血壓或者獨立于血壓升高引起左室肥厚和心臟功能失調。
　　2.長期高鹽攝入導致心肌線粒體呼吸功能失調，TRPV1和UCP3敲除加重高鹽引起線粒體呼吸功能受損。辣椒素通過激活TRPV1上調Sirt3和NDUFA9蛋白的表達增加復合體Ⅰ酶的活性和線粒體含量，增加心肌線粒體ATP的產生，從而改善高鹽導致的