嘌呤核苷酸對(duì)模擬高原缺氧大鼠腦線粒體UCPs活性和表達(dá)的影響及其在呼吸氧耗與能量合成中的作用.pdf

1、目的：線粒體氧化磷酸化是由呼吸鏈在將電子傳遞給氧的過(guò)程中將質(zhì)子從內(nèi)膜基質(zhì)轉(zhuǎn)到內(nèi)膜外，從而在線粒體內(nèi)膜兩側(cè)形成質(zhì)子梯度(△H<'+>)和電位梯度(△Ψ)，兩者共同構(gòu)成驅(qū)動(dòng)ATP合成酶的跨膜質(zhì)子電動(dòng)勢(shì)(△P)，催化ADP和無(wú)機(jī)磷合成ATP。質(zhì)子還可通過(guò)內(nèi)膜上的另一質(zhì)子通道——脫偶聯(lián)蛋白(Uncoupling Proteins，UCPs)漏回到基質(zhì)，形成質(zhì)子漏，降低△P，使氧化磷酸化脫偶聯(lián)，減少ATP的生成，從而降低用氧效率，這部分氧耗為“無(wú)

2、效氧耗”。高原缺氧時(shí)線粒體中脫偶聯(lián)程度增加，線粒體膜電位降低，能量生成減少，導(dǎo)致機(jī)體功能和代謝障礙。脫偶聯(lián)蛋白4(UncouplingProteins 4，UCP4)和脫偶聯(lián)蛋白5(Uncoupling Proteins 5，UCP5)是特異存在于哺乳動(dòng)物腦組織中的UCPs家族成員，占腦中UCPs的84％以上。嘌呤核苷酸(GDP)是UCPs的特異抑制劑。本實(shí)驗(yàn)利用體外線粒體呼吸氧耗測(cè)定體系，觀察GDP對(duì)UCPs的活性和“含量”以及對(duì)高原

3、缺氧大鼠腦線粒體呼吸氧耗和能量代謝的影響，以探討UCPs在缺氧大鼠腦線粒體能量生成和氧利用效率中的作用。 方法： 健康雄性SD大鼠暴露于模擬海拔5000米高原低壓艙內(nèi)，23小時(shí)/天，分別連續(xù)缺氧3天(急性缺氧組)和30天(慢性缺氧組)，同時(shí)設(shè)立平原對(duì)照組。分別在平原和模擬高原低壓艙斷頭處死，分離大鼠腦線粒體。Clark氧電極法測(cè)定線粒體氧化呼吸活性，寡霉素抑制法測(cè)定F<,0>F<,1>-ATP酶活性，羅丹明123法測(cè)定線

4、粒體膜電位，高壓液相色譜法分析腦組織線粒體內(nèi)腺苷酸含量，[<'3>H]-GTP結(jié)合法測(cè)定腦組織UCPs的活性，RT-PCR和Western blot分別測(cè)定UCP4、UCP5mRNA和蛋白表達(dá)。 結(jié)果： 1．缺氧組UCPs活性明顯升高，其中急性組升高程度最大，K<,d>值降低43.08％，B<,max>升高1.7倍；同時(shí)腦組織中UCP4和UCP5的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)也明顯升高，其中急性組UCP4和UCP5的mRNA量分

5、別升高1.47倍和3.69倍，蛋白質(zhì)表達(dá)升高2.44倍和3.62倍；GDP能顯著抑制UCPs活性，對(duì)急性缺氧組抑制率最大，達(dá)83.13％。但對(duì)各組UCP4和UCP5的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)改變無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。 2．缺氧組ST3、RCR、OPR、P/O和MMP明顯降低，其中急性缺氧組分別降低16.96％、38.98％、23.55％、8％和18.04％；但ST4則明顯升高36.12％。GDP可使各組呼吸氧耗顯著降低，MMP顯著升高，其中

6、對(duì)急性缺氧組的影響最顯著，ST3和ST4分別降低31.54％和60.91％，RCR、OPR和P/O分別升高75.12％、15.08％和24.24％，MMP提高39.73％。 3．缺氧組F<,0>F<,1>-ATP酶活性、ATP含量、ATP/ADP和ATP/總腺苷酸比值顯著降低，以急性缺氧組降低最顯著，F(xiàn)<,0>F<,1>-ATP酶活性降低39.06％，ATP含量、ATP/ADP以及ATP/總腺苷酸比值分別降低47.67％、51.

7、14％和47.83％。 GDP可顯著升高F<,0>F<,1>-ATP酶活性、ATP含量、ATP/ADP和ATP/總腺苷酸比值以及能荷，其中急性組F<,0>F<,1>-ATP酶活性升高22.29％，ATP含量升高70.19％，ATP/ADP和ATP/總腺苷酸比值分別升高49.41％和70.85％，能荷升高30.16％。 結(jié)論： 1．模擬高原缺氧暴露可顯著升高大鼠腦線粒體UCPs活性，增強(qiáng)UCP4和UCP5的mRNA和蛋白表

8、達(dá)，并且急性缺氧組更顯著；GDP可抑制正常以及缺氧暴露的大鼠腦線粒體UCPs活性，尤以急性缺氧組更明顯，但在體外對(duì)UCP4和UCP5mRNA和蛋白表達(dá)無(wú)影響。 2．模擬高原缺氧暴露可顯著增加大鼠腦線粒體脫偶聯(lián)呼吸氧耗，降低呼吸控制率和氧化磷酸化效率及膜電位；GDP具有減輕缺氧大鼠腦線粒體脫偶聯(lián)效應(yīng)，降低“無(wú)效氧耗”的作用，從而提高呼吸控制率和氧化磷酸化效率。 3．模擬高原缺氧暴露可降低大鼠腦線粒體中F<,0>F<,1>-

9、ATP酶活性、ATP含量、ATP/ADP和ATP/總腺苷酸比值；GDP具有升高F<,0>F<,1>-ATP酶活性和ATP含量的作用。 綜上所述 模擬高原缺氧暴露可使大鼠腦線粒體UCPs活性和含量增加，膜電位降低，從而使“無(wú)效氧耗”增加，氧化磷酸化效率降低，線粒體能量合成減少；GDP則具有抑制缺氧大鼠腦線粒體UCPs活性，從而提高膜電位，降低“無(wú)效氧耗”，增加氧化磷酸化效率和能量生成效率的作用，且作用程度與缺氧暴露時(shí)間有關(guān)