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心肌缺血性疾病是威胁人类生命健康的头号杀手,因此如何降低缺血造成的心肌损伤显得尤为重要。缺血性心肌损伤病理进程发展快速、涉及病理因素众多。心肌细胞中线粒体占到细胞体积的40%以上,是决定心肌代谢功能的关键细胞器。细胞内线粒体的融合、分裂对于维持线粒体结构与功能起着重要作用。已有研究表明,曲美他嗪是临床广泛应用的冠心病治疗药物,具有改善心肌缺血再灌注损伤时线粒体代谢的作用。但是,在急性心肌缺血条件下,曲美他嗪是否以及如何调节线粒体动态平衡尚缺乏深入探索。本研究旨在揭示曲美他嗪在急性心肌缺血中的线粒体调节机制。为此,我们首先采用经典的结扎前降支近端建立大鼠在体急性心肌缺血30 min模型,并通过观察心肌缺血期间心电图、血流动力学、心肌梗死面积、室性心律失常等参数,进行建模评价;基于在体缺血模型的建立,进行曲美他嗪干预,评价曲美他嗪对心肌缺血损伤的改善作用;进而分离心肌线粒体,对比分析线粒体呼吸功能、线粒体复合体活性,检测线粒体融合分裂相关基因在mRNA水平和蛋白水平的表达。从而揭示曲美他嗪对缺血心肌线粒体结构与功能的调节机制。本研究实验方案分为两个部分:第一部分:在体大鼠急性心肌缺血损伤模型的建立方法:成年健康雄性Wistar大鼠,随机分为缺血组和假手术组。缺血组开胸后丝线结扎前降支近端实施心肌缺血30 min,假手术组开胸后仅在前降支近端下方穿线但不结扎。缺血期间连续监测两组大鼠的心率(Heart rate,HR)、ST段抬高幅度(ST)、平均动脉压(mean arterial pressure,MAP)、心肌耗氧指数(rate-pressure product,RPP)和室性心律失常的发生情况。实验结束后,每组大鼠随机分为2个亚组。第一亚组用2%伊文氏蓝(EB)和0.5%2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)双染色方法检测并计算缺血组大鼠心肌缺血危险区(Area at risk,AAR)和梗死区(Infarct size,IS)面积;第二亚组用HE染色观察两组大鼠缺血区心肌组织的形态。主要结果:两组大鼠在一般资料上不存在显著差异。与假手术组相比,缺血组HR和ST段抬高幅度明显升高,MAP和RPP明显下降,并在缺血期间出现了大量的多源性的室性早搏(VPB)及数目和持续时间不等的室性心动过速(VT),部分大鼠甚至发生了心室纤颤(VF)。缺血后缺血组EB和TTC双染色证实大鼠心肌缺血损伤。HE染色表明缺血后心肌纤维出现明显波浪状改变,部分失去规律呈不规则排列,心肌细胞嗜伊红染色加强,横纹模糊,胞膜部分完整,间质有渗出。第二部分:曲美他嗪对急性心肌缺血大鼠心肌线粒体功能和融合分裂的影响方法:成年健康雄性Wistar大鼠,随机分为3组,曲美他嗪组(TMZ组)用曲美他嗪(Trimetazidine,TMZ)以10 mg/kg/d的剂量灌胃7天,缺血组和假手术组用自来水以10 mg/kg/d的剂量灌胃7天。灌胃结束后,各组大鼠开胸并丝线结扎前降支近端实施心肌缺血30 min,假手术组仅穿线不结扎。缺血期间监测项目同第一部分。实验结束后,EB和TTC双染法检测缺血组和曲美他嗪组缺血危险区(Area at risk,AAR%)和梗死区(Infarct size,IS%)面积;光镜观察三组大鼠缺血区心肌组织的形态;提取三组缺血区心肌组织线粒体,测定线粒体态3呼吸(state 3,ST3)、态4呼吸(state 4,ST4)、呼吸控制率(Respiratory control ratio,RCR)、呼吸链复合体Ⅰ和Ⅱ的活性;分别用RT-qPCR和Western blot技术检测三组大鼠缺血区心肌线粒体融合分裂中mfn-1、mfn-2、drp-1、opa-1的mRNA和蛋白的表达情况;电镜观察三组大鼠缺血区心肌线粒体结构的变化。主要结果:1.曲美他嗪显著改善大鼠急性心肌缺血损伤。与假手术组相比,缺血组HR、ST段抬高幅度明显升高,MAP和RPP明显下降,心肌梗死面积大,VT/VF发生率高,VT/VF总计持续时间长,心律失常评分高,光镜下改变同第一部分;与缺血组相比,曲美他嗪组HR、ST段抬高,MAP和RPP无明显变化,但心肌梗死面积缩小,VT/VF发生率低,VT/VF总计持续时间缩短,心律失常评分降低,光镜下心肌缺血损伤得到改善。2.急性心肌缺血大鼠心脏线粒体功能和结构异常,而曲美他嗪可以帮助其功能和结构恢复。与假手术组相比,缺血组态3呼吸、RCR和复合体Ⅰ活性显著下降,态4呼吸和复合体Ⅱ活性无明显变化,电镜显示线粒体肿胀,部分线粒体嵴断裂,呈明显空泡化;与缺血组相比,曲美他嗪组态3呼吸、RCR和复合体Ⅰ活性显著升高,态4呼吸和复合体Ⅱ活性无明显变化,电镜显示线粒体缺血损伤得到改善。3.急性心肌缺血大鼠心脏线粒体融合分裂平衡被打破,而曲美他嗪可以帮助其融合分裂平衡恢复。与假手术组相比,缺血组mfn1、opa1、drp1的mRNA和蛋白水平下降,mfn2的蛋白水平下降;与缺血组相比,曲美他嗪组mfn1、mfn2、opa1、drp1 mRNA和蛋白表达均明显增加。结论:1.采用结扎大鼠前降支近端方法并进行改进,成功建立了大鼠在体急性心肌缺血模型。该模型表现为心肌组织出现坏死、发生心律失常,心脏功能受损。2.曲美他嗪显著改善大鼠急性心肌缺血损伤。曲美他嗪干预后,大鼠缺血期间心率失常的发生、持续时间和评分显著改善,心肌梗死面积缩小,心肌细胞结构损伤显著缓解。3.曲美他嗪可以改善线粒体功能,修复线粒体超微结构损伤,恢复线粒体融合分裂平衡,在此过程中曲美他嗪可能通过提高线粒体功能引起线粒体动态平衡的改变,这种变化转而又可提高线粒体功能,并最终改善大鼠急性心肌缺血损伤。