线粒体源性活性氧在急性心肌缺血诱发室性心律失常—心源性猝死中的作用机制研究

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背景和目的缺血性心脏病(ischemic heart disease,IHD)是全世界最主要的死因之一,其主要是以心源性猝死(sudden cardiac death,SCD)的形式导致死亡。目前,IHD相关的猝死在国内外仍有逐渐增高的趋势,现已成为严重的公共卫生问题。致命性室性心律失常(fatal ventricular arrhythmia,FVA)是心肌缺血(myocardial ischemia,MI)致SCD最主要的死亡机制,该类死亡也是法医鉴定中常见的死因类型。我们前期研究发现,MI超早期SCD的发生率高达38.9%,基于代谢组学、脂质组学、蛋白组学的研究显示,线粒体损伤、氧化应激是其中重要的因素。但心肌缺血时,氧化应激引发FVA-SCD的机制仍不清楚。因此,本课题组拟建立左冠状动脉结扎(coronary artery ligation,CAL)诱导ST抬高型心肌缺血(ST-segment myocardial ischemia,STEMI)-SCD小鼠模型以及NADPH氧化酶抑制剂(apoynin,Apo)、线粒体靶向活性氧清除剂(Mito-TEMPO,MT)干预的心肌缺血小鼠模型,综合评估各模型鼠线粒体源性活性氧(mitochondrial reactive oxygen species,m ROS)及总体ROS的变化规律、抗氧化能力变化情况,以及氧化还原失衡与FVA-SCD的关系,并进一步应用磷酸化蛋白组学解析ROS引发FVA的磷酸化修饰相关分子基础,为MI超早期室性心律失常-SCD发生的机制提供新的科学依据,为其临床精准防治SCD提供新的潜在干预靶点信息。材料和方法制备CAL诱导的MI-SCD小鼠模型,根据心电变化及存活情况分为存活组(CAL-A组)与猝死组(CAL-SCD组);制备对照,包括:冠状动脉结扎假手术,定义为SO组;Apo和MT干预组,分别定义为CAL+Apo组与CAL+MT组,监测造模过程的心电,并进行心电参数分析与各组间的比较。提取各模型鼠的心室肌,检测氧化与抗氧化能力相关指标(总ROS、m ROS、GSH/GSSG、SOD)以及线粒体膜电位(mitochondrial membrane potential,MMP),评估MI超早期FVA发生过程中氧化与抗氧化能力的平衡情况与线粒体功能。我们进一步分析模型鼠心室肌的磷酸化蛋白组,找出各组间差异表达的磷酸化蛋白,进行富集分析,绘制相关代谢通路与网络。结果1.各组模型鼠的造模结果及其心电特征本研究共制备166只模型小鼠,其中,SO组35只,CAL-A组36只,CAL-SCD组30只,CAL+Apo组35只,CAL+MT组30只。CAL-SCD模型鼠的心电特征:QRS波幅增宽,ST段明显抬高,T波波形变异明显,QTc间期延长,缺血在30 min内死亡率高达46.7%,CAL-A组主要为ST段稳定抬高,CAL+MT组和CAL+Apo组模型鼠T波、QTc间期的变异得到一定程度的纠正。2.各组模型鼠心室肌磷酸化蛋白组的变化共鉴定到1027个磷酸化蛋白,各组比较,得到差异磷酸化蛋白,CAL-A/SO:87个,CAL-SCD/SO:415个,CAL+Apo/CAL-SCD:465个,CAL+MT/CAL-SCD:467个,CALSCD/CAL-A:437个。3.FVA-SCD心肌的ROS明显升高,线粒体功能破坏,改变相关磷酸化蛋白表达CAL-SCD组与CAL-A组及SO组比较,整体和m ROS水平均显著增加,抗氧化储备能力降低,MMP坍塌明显,参与ROS产生的氧化呼吸链蛋白磷酸化的表达水平上调。4.Mito-TEMPO、apocynin可抑制MI所致氧化应激、保护线粒体功能并逆转磷酸化蛋白改变通过Mito-TEMPO、apocynin干预后可明显提升MI早期小鼠的生存率,30 min内,Mito-TEMPO效果较apocynin好,30min之后则反之。两种干预组可降低心肌ROS水平,增加抗氧化能力,保护线粒体功能(即,阻止MMP的坍塌),并逆转部分在CAL-SCD中受扰动的磷酸化修饰蛋白。结论1.MI超早期出现心肌m ROS和整体ROS水平明显增加,且伴有抗氧化能力受损、线粒体膜电位坍塌,与该时期致命性室性心律失常-SCD高发有关。2.Mito-TEMPO可降低MI后m ROS与整体ROS水平,纠正心律紊乱,保护心功能,降低SCD发生率,且逆转SCD相关的磷酸化蛋白组重构。
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