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目的:阐明甲状旁腺激素(PTH)与盐交互作用对大鼠心肌形态学、代谢组学和转录组学的影响。明确PTH、盐干预等对大鼠心肌的mRNAs、代谢物的影响,并比较不同水平盐摄入、PTH及联合干预后大鼠心肌差异性mRNAs、代谢物的表达,并对差异性基因和代谢物进行生物信息学的功能分析。方法:(1)选择8周龄雄性Sprague Dawley大鼠18只,随机分为假手术组、PTH组、低盐组(0.6%NaCl)、高盐组(8%NaCl)、PTH+低盐组(0.6%NaCl)、PTH+高盐组(8%NaCl),每组各3只SD大鼠。整个饲养过程,生长环境一致,所有操作均符合大理大学动物实验伦理要求。(2)手术植入胶囊渗透压泵,PTH组、PTH+低盐组和PTH+高盐组使用ALzet微量泵按照(2pmol/kg.h)的剂量泵入鼠重组甲状旁腺激素(1-34),假手术组、低盐组、高盐组泵入等量的生理盐水,微量泵持续时间为2周,且泵入速率相同。灌胃:假手术组、PTH组使用医用灭菌注射用水灌胃,其余组按照分组情况用不同浓度NaCl(10mg/kg/d),灌胃2周。(3)取各组大鼠左心室心肌组织,分别用于苏木精-伊红染色、转录组学、代谢组学分析,心肌转录组学和代谢组学是由上海百趣科技生物有限公司负责进行检测和分析。转录组学测序技术分析了6组之间相互比较后差异表达基因,并对差异表达基因进行了GO分析和富集分析;代谢组学对6组之间相互比较后的差异性代谢物进行富集分析;联合转录组学和代谢组学分析6组之间比较后的差异性基因和代谢物,并发现其中的关键的信号传导通路。结果(1)各组大鼠心肌组织苏木精-伊红染色发现:与假手术组、低盐组比较,高盐与PTH单独干预时大鼠心肌细胞轻度肥大,心肌周围有少许炎性细胞浸润。与高盐和PTH单独干预时比较,PTH与高盐共同干预下大鼠的心肌细胞显著肥大,心肌细胞发生溶解坏死,同时伴炎性细胞浸润。(2)转录组学分析发现,高盐干预后大鼠心肌内脂肪酸代谢降低,糖代谢和氨基酸代谢活跃,并导致心肌内线粒体功能受到影响,导致心肌氧化应激的发生。高盐组与假手术组、低盐组比较后的差异性基因主要涉及控制心肌丙酮酸代谢、丙酸代谢、2-氧代羧酸代谢、糖酵解/糖异生、乙醛酸和二羧酸代谢、氨基酸生物合成、淀粉和蔗糖代谢、甘油脂代谢等能量代谢过程;同时心肌内氧化磷酸化、心肌收缩、柠檬酸循环过程上调;并激活心肌内肾上腺素能信号传导通路、AMPK信号通路、Apelin信号通路、p53信号通路。PTH干预后心肌内的氨基酸代谢和糖代谢活跃,线粒体功能亦受到影响,并引起氧化应激的发生。差异性基因主要涉及控制心肌内缬氨酸/半胱氨酸和蛋氨酸等氨基酸代谢、丙酮酸代谢、碳代谢、胆固醇代谢等能量代谢过程,且心肌内氧化磷酸化、柠檬酸循环、心肌收缩过程上调,FoxO信号通路、甲状腺激素信号通路、AGE-RAGE信号通路、ECM-受体相互作用、磷脂酶D信号通路、PPAR信号通路、p53信号通路等在心肌内激活。高盐与PTH共同干预下,除了引起上述能量代谢、氧化应激以及信号通路发生改变以外,还激活心肌内的HIF-1信号通路。(3)代谢组学分析发现,高盐与PTH单独和协同干预两周后都会导致大鼠心肌内代谢发生显著改变,这些改变涉及有机酸、氨基酸、脂肪酸和嘌呤代谢等多种代谢途径。主要影响心肌内糖酵解或糖异生、戊糖磷酸途径、柠檬酸循环和氨基酸代谢过程的代谢产物;心肌内代谢重编程后,心肌内的线粒体参与调节代谢过程,线粒体功能非生理状态下活跃(线粒体功能的改变在转录组学层面上已得到验证),引起心肌内氧化应激的发生;差异性代谢物还参与心肌内初级胆汁酸生物合成、泛酸和辅酶A生物合成、氨酰-tRNA生物合成以及亮氨酸和异亮氨酸的生物合成过程。PTH和高盐共同干预时心肌内代谢重编程过程更为显著。(4)联合转录组学的代谢组学分析发现,高盐干预后心肌内的代谢会发生重编程,并导致ADP、丙酮酸等对心肌重要的代谢产物下调,并对心肌内氧化磷酸化、柠檬酸循环等过程进行调节,并激活心肌内的MAPK信号通路和Rap1信号通路、AMPK/cAMP信号通路、PI3K-Akt信号通路、HIF-1信号通路。PTH干预后心肌内的代谢也发生重编程,心肌内的D-葡萄糖、丙酮酸、焦磷酸等代谢产物下调,差异性代谢物和基因参与调控心肌内氧化磷酸化、柠檬酸循环的过程,引起心肌氧化应激的发生,并激活心肌内HIF-1信号通路。高盐与PTH共同干预下心肌代谢重编程更为显著,且心肌内AMPK信号通路和HIF-1等信号通路也被激活。结论:高盐与PTH干预均会引起心肌代谢发生重编程,包括脂肪酸代谢、氨基酸代谢以及糖酵解过程的重编程;心肌内线粒体功能和氧化磷酸化过程受到影响;心肌病理学观察发现心肌细胞肥大并伴有炎性细胞浸润,且Rap1、MAPK、PI3K-Akt、AMPK、cAMP和HIF-1等信号通路在心肌内被激活。高盐与PTH共同干预下,除了上述代谢和信号通路改变外,还可导致心肌细胞发生溶解坏死。