研究目的:近年来,射血分数保留心衰(Heart failure with preserveEPZ-6438分子量d ejection fraction,HFpEF)的发病率升高,难于治疗,成为临床医学研究的热点问题。诱导HFpEF的主要因素包括高龄,高血压,慢性阻塞性肺疾病,冠心病、肺血管的疾病、肥胖等。目前,越来越多的临床实践证明,HFpEF和射血分数丧失的心衰(Heart failure with reduced ejection fraction,HFrEF)具有不同的病理生理学机制。HFpEF患者的非心血管死亡率高于HFrEF患者,用于治疗HFrEF的很多药物对HFpEF没有效应,HFpEF预防和治疗面临很大挑战。前期研究表明,有氧运动可改善HFpEF心脏功能,但机制不清。本研究探讨有氧运动改善HFpEFLysates And Extracts心脏功能的分子机制,拟为HFpEF的预防和治疗提供新的思路和理论依据。研究方法:60只9周龄C57BL/6雄性小鼠随机分为4组:假手术组(SHAM)、心力衰竭组(HF)、心力衰竭+有氧运动组(HE)、心力衰竭+靶向线粒体抗氧化剂(SKQ1)干预组(HS)。采用主动脉弓缩窄(transverse aortic constriction,TAC)建立压力超负荷诱发的HFpEF模型,SHAM组开胸仅穿线无主动脉弓结扎。HE组小鼠采用中等强度有氧运动干预;HS组进行SKQ1饮用水干预(100nmol/kg/d),实验共持续9周。9周后,心动超声评定小鼠心脏功能改变,H&E及WGA染色评定心脏大小、心肌肥厚程度和小鼠心肌细胞大小,Masson染色评定心肌纤维化病理改变,DHE及TUNEL荧光染色分别评定心肌组织氧化应激和心肌细胞凋亡水平。Western blotting检测线粒体质量控制、炎症和凋亡相关蛋白表达。细胞水平采用分离新生小鼠(2-3天)原代心肌细胞,使用AngⅡ诱导建立体外细胞超负荷模型,并采用AMPK激动剂AICAR模拟有氧运动,同时采用SKQ1干预平行实验,DHE及JC-1染色分别测定各组心肌细胞氧化应激和线粒体膜电位,Mit-Tracker Red染色检测心肌细胞线粒体损伤和碎片化程度。细胞水平研究探讨AICAR和SKQ1干预对AngⅡ诱导的心肌细胞线粒体损伤的保护效应及其分子机制。研究结果:1.功能学研究结果:采用超声测定心脏功能改变,结果显示,9周TAC诱导小鼠心功能显著降低,且射血分数(ejection fraction,EF)<40%,短轴缩短率(fractional shortening,FS)<20%,表明HFpEF模型造模成功。有氧运动及SKQ1干预显著改善HFpEF小鼠心脏功能。表明,HFpEF小鼠心功能严重受损,有氧运动及SKQ1干预均对心功能有改善作用。2.形态学研究结果:研究结果显示,9周TAC诱导HF组心脏明显肥大,与SHAM组相比,HF组心胫比、心体比显著升高;与HF组相比,HE和HS组心脏长度、心胫比、心体比显著下降。表明,有氧运动及SKQ1干预显著削弱压力超负荷诱导的心肌肥厚。Masson染色结果显示,SHAM组小鼠心肌组织形态正常,细胞间无明显胶原纤维;与SHAM组相比,H获悉更多F组小鼠心肌细胞排列松散,细胞间隙充满大量胶原纤维,心脏病理性重塑严重;与HF组相比,HS组和HE组心脏病理性重塑得到明显改善。透射电镜观察心肌组织和线粒体超微结构结果显示:SHAM组心肌纤维排列整齐,横纹清晰,线粒体结构完整,膜结构清晰,线粒体嵴排列紧密。HF组心肌纤维排列紊乱,肌节较长,横纹模糊,线粒体肿胀、空泡化,膜结构破损,线粒体嵴溶解。HS组和HE组可降低心肌组织肌节长度和线粒体肿胀,改善TAC诱导的心肌组织和线粒体结构损伤。3.分子生物学研究结果:心肌组织DHE荧光染色测定结果显示,与SHAM组相比,HF组红色荧光明显增强,心肌组织ROS水平升高;与HF组相比,HS组和HE组心肌组织ROS水平降低。AngⅡ诱导的原代新生小鼠心肌细胞DHE信号明显增强,HIF-1α表达升高;AICAR和SKQ1干预降低心肌细胞氧化应激水平。SKQ1干预可降低TAC及AngⅡ诱导氧化应激,推测线粒体ROS的清除在改善HFpEF中扮演关键角色。有氧运动和SKQ1干预达到相似的改善效果,提示有氧运动可能通过抑制线粒体ROS诱导的氧化应激,进而阻断ROS产生继发的恶行循环。Western blotting结合TUNEL测定了相关炎性因子和凋亡蛋白的表达。结果显示,与SHAM组比较,HF组NLRP3、TXNIP蛋白表达上调,Caspase-1、IL-1β蛋白表达显著上调;与HF组相比,HS组NLRP3、Caspase-1、IL-1β蛋白表达下调,TXNIP蛋白表达下调但无显著性差异;与HF组相比,HE组NLRP3、TXNIP、Caspase-1、IL-1β蛋白表达下调;各组间ASC蛋白表达无显著变化。细胞凋亡相关指标检测结果显示:与SHAM组比较,HF组TUNEL阳性颗粒明显增多,p53、BAX、BAK蛋白表达显著上调;与HF组相比,HS组TUNEL阳性颗粒数量降低,p53、BAX、BAK蛋白表达下调;与HF组相比,HE组TUNEL阳性颗粒数量降低,p53、BAX、BAK蛋白表达下调。研究结论:动物及细胞实验研究表明,TAC和AngⅡ诱导心肌组织和原代心肌细胞氧化应激和ROS增加,心肌细胞线粒体形态和质量控制相关蛋白表达紊乱,炎性和凋亡蛋白表达增加,可能是导致心脏功能紊乱,进而诱导心力衰竭的重要因素。有氧运动和平行实验SKQ1干预可降低氧化应激增加的有氧运动抑制线粒体ROS,进而抑制线粒体损伤,改善线粒体质量控制,降低心肌炎性反应和细胞凋亡,可能是有氧运动发挥保护作用改善心脏功能的重要分子机制。有氧运动和SKQ1干预对心脏功能改善起到相似的效应,可能是有氧运动发挥内源性抗氧化机制,进而抑制ROS介导的恶性循环,改善HFpEF心脏功能的重要机制,具体靶点有待于进一步深入研究。