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目的:糖尿病(Diabetes mellitus,DM)是由胰岛素绝对或相对不足所致的以高血糖为主要表现的代谢性疾病。部分DM患者可出现糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy,DCM),主要表现为心肌的代谢、结构和功能紊乱,甚至心力衰竭。DCM是DM发生心衰和猝死的重要原因,而目前对于DCM的治疗并没有针对心肌的治疗方法,主要是针对DM进行控制血糖和血压、调节血脂等对症药物治疗。Caveolin-3 (CAV3)是肌细胞(骨骼肌细胞、心肌细胞和平滑肌细胞)膜微囊上的特异性蛋白,与心脏生长发育和心肌细胞生理功能有密切联系,能调节胰岛素受体(IR)、G蛋白等多种相关信号通路,特别是调节胰岛素受体相关信号通路。高糖刺激骨骼肌细胞使CAV3表达增加,可提高细胞对葡萄糖的摄取利用,促进了细胞的生长、代谢和增殖。在高糖培养的心肌细胞,CAV3蛋白随时间的变化呈现先升高后降低的趋势。在晚期心衰大鼠心肌CAV3的表达量是明显下降的。我们推测,大鼠糖尿病早期,血糖升高刺激心肌CAV3蛋白代偿性增加,晚期CAV3的降低伴随的心肌代谢、结构和心功能不全失代偿。因此,我们拟观察CAV3蛋白在大鼠DCM心肌的变化,并尝试转基因使CAV3表达增加是否能挽救和治疗DCM。方法:通过一次性大剂量(55 mg/kg)腹腔注射链脲佐菌素(STZ)建立1型糖尿病(Type 1 diabetes mellitus,T1DM)大鼠模型,采用高糖高脂饮食联合低剂量(30mg/kg) STZ建立2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus,T2DM)大鼠模型。超声心动图连续监测DM大鼠心功能,当其心功能明显降低,且心肌CAV3的表达降低时,通过尾静脉注射腺相关病毒包装的CAV3到糖尿病大鼠体内进行转基因治疗实验。整个实验过程中定期检测体重、血糖、血脂和血浆胰岛素水平,通过透射电镜和组织病理学检查评估DCM结构的变化,通过血浆心肌酶反映心肌损伤程度,通过心肌抗氧化指标和代谢酶指标反映心肌状态,通过超声心动图检测确定大鼠DCM的心功能变化及转基因后的治疗效果。结果:1.大鼠T1DM早期(4-8周)CAV3蛋白的表达量随病程的增加逐渐升高,到达病程中期(12周)时开始下降,随后到达病程晚期(20周)降到最低。大鼠T2DM中期(12周)CAV3蛋白表达量明显降低。2.大鼠T1DM和T2DM中期(12周和14周)心功能开始明显下降。大鼠T1DM晚期(20周)下降最明显。3.大鼠T1DM和T2DM中期(12周和14周)体重下降、血糖、血脂及心肌酶明显升高,出现明显胰岛素抵抗。心肌组织病理切片显示心肌肌纤维紊乱、心肌细胞肥大、炎性细胞浸润,心肌组织透射电镜显示线粒体肿胀,心肌抗氧化能力降低,心肌代谢酶升高,左心室功能降低。4.大鼠T1DM中期(12周)CAV3转基因后,检测心肌WB和免疫组化结果均显示CAV3及葡萄糖转运蛋白4 (GLUT4)在心肌表达明显增加,WB 显示胰岛素受体 β (IRβ)、p-AKT/AKT、p-GSK3 β/GSK3 β 的表达量也明显升高。左室心功能明显改善,心肌来源的血浆肌酸磷酸激酶同工酶(CK-MB)明显降低,心肌病理结构和电镜超微结构的均有好转,心肌抗氧化能力提高,即时血糖值无明显改变。大鼠T2DM中期转基因后心功能也明显改善,CK-MB和LDH均明显降低。5.大鼠T1DM晚期(20周)CAV3转基因后,心肌CAV3的表达未见明显升高,血糖、血脂及左室心功能无明显好转,但LDH却有明显降低。结论:1.大鼠T1DM中期(12周)转基因使DCM大鼠心肌CAV3蛋白表达升高,通过GLUT4及相关PI3K/AKT信号通路改善心肌代谢,提高心肌抗氧化能力,有效修复DCM的心肌结构和心功能。CAV3转基因可能成为DCM的有效治疗手段。2.大鼠T2DM中期(14周)转基因使DCM大鼠心功能明显改善,CK-MB和LDH均明显降低。3.大鼠TIDM晚期(20周)转基因并不能使转入的CAV3有效表达于心肌,不能发挥其治疗作用,因此对晚期糖尿病大鼠心功能无改善作用。