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研究背景及目的有研究表明,内质网(Endoplasmic reticulum,ER)应激可以通过多种途径诱导细胞凋亡,从而参与糖尿病(Diabetes mellitus,DM)心肌纤维化,因此,ER应激可能与糖尿病心肌病(Diabetic cardiomyopathy,DC)发生发展过程有关,最终影响心脏功能。然而,目前没有特殊的药物来预防和治疗DC。硫化氢(Hydrogen sulfide,H2S)是第3种气体信号分子,有多种生理和生物学作用,其中包括抗ER应激。之前有研究证明,H2S可以抑制DM大鼠心肌纤维化。但是,H2S抑制心肌纤维化的机制尚不明确。本研究旨在建立DM模型,探讨ER应激是否参与DM心肌纤维化,而H2S是否可通过下调ER应激,减少心肌细胞凋亡,从而改善DM大鼠心脏重构。方法成年雄性SD(Sprague-Dawley,SD)大鼠,随机分为5组:对照组(Control);DM模型组(STZ);低浓度保护组(C1);高浓度保护组(C2);H2S对照组(H2S)。然后对STZ组、C1组和C2组大鼠腹腔注射(Intraperitoneal injection,ip)链脲佐菌素(Streptozotocin,STZ)(40 mg/kg)建立DM模型。STZ注射后的72 h,尾静脉采血测空腹血糖,高于16.7 mmol/L,认为DM模型成功建立。对C1组(30μmol/kg)、C2组(100μmol/kg)和H2S组(100μmol/kg)使用相应浓度硫氢化钠(Sodium hydrosulfide,Na HS)溶液腹腔注射作为H2S供体。实验8周后取大鼠心脏组织,用免疫组化染色法检测I、III型胶原纤维;马森(Masson)染色检测心肌胶原纤维;碱水解法检测羟脯氨酸表达水平;用苏木精伊红(Hematoxylin-eosin,HE)染色观察心肌病理变化;Western blotting法检测各组心肌组织ER应激相关蛋白糖调节蛋白78(Glucose regulated protein 78,GRP78)、C/EBP同源蛋白(C/EBP homologous protein,CHOP)、Caspase-12,H2S生成酶胱硫醚-γ-裂解酶(Cystathionine-gamma-lyase,CSE)、巯基丙酮酸转硫酶(Mercaptopyruvate sulfurtransferase,MPST)以及凋亡相关蛋白Cleaved Caspase-3的表达;透射电镜观察ER及心肌纤维形态。结果1.成功建立DM大鼠模型。STZ注射72 h后检测血糖,结果显示血糖明显升高,且每只大鼠血糖均高于16.7 mmol/L。2.H2S对DM大鼠BW、HW、HW/BW的影响。实验结束后DM大鼠BW和HW明显轻于对照组,HW/BW值明显高于对照组,提示DM大鼠心脏可能出现肥大,而H2S对DM大鼠BW,HW及HW/BW并无影响。3.H2S可改善DM大鼠心肌纤维化。免疫组化结果显示:DM大鼠心脏组织中I型和III型胶原纤维表达较对照组明显上升,且胶原纤维排列紊乱;而H2S干预的DM大鼠心脏组织中I型和III型胶原纤维表达明显下降。Masson染色结果显示:DM大鼠心脏组织中心肌胶原纤维沉积较对照组明显增加,而H2S明显减少DM大鼠心肌胶原纤维沉积面积;碱水解法结果显示:脯氨酸在DM大鼠心脏组织中的表达明显高于对照组。而H2S减少了DM大鼠心脏组织中羟脯氨酸的表达。HE染色结果显示:DM大鼠心脏胶原排列紊乱,心肌纤维间隙增宽,而H2S可以改善DM大鼠心肌病理变化。透射电镜结果显示:DM大鼠心肌纤维出现水肿、排列紊乱、灶性溶解坏死;而H2S可以减轻心肌纤维水肿,减少心肌纤维坏死。4.H2S可上调DM大鼠H2S生成酶的表达。Western blotting法检测结果显示:DM大鼠心脏组织中H2S生成酶CSE及MPST的表达明显下降,而H2S可上调DM大鼠CSE及MPST的表达。5.H2S可下调STZ诱导的DM大鼠心肌ER应激。Western blotting法检测结果显示:与对照组相比,DM大鼠心脏组织中GRP78,CHOP和Caspase-12的表达明显升高,而H2S明显抑制了DM大鼠心脏组织中GRP78,CHOP和Caspase-12的表达。透射电镜结果显示:DM大鼠心肌ER出现不同程度的水肿;而H2S可以改善ER水肿。6.H2S可减轻STZ诱导的DM大鼠心肌细胞凋亡。Western blotting法检测结果显示:DM大鼠心脏组织中Cleaved Caspase-3的表达较对照组明显升高,而H2S明显抑制了DM大鼠心脏组织中Cleaved Caspase-3的表达。结论1.DM大鼠出现心肌纤维化,其机制可能与内源性H2S生成减少,ER应激上调相关。2.H2S可抑制DM大鼠心脏纤维化,机制可能与下调ER应激水平相关。