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心力衰竭(heart failure,HF)是大多数心血管疾病的终末阶段表现为心脏收缩/舒张功能障碍的临床综合征。其发病率高,5年死亡率高达50%,匹敌甚至超过了多种癌症,已成为全球范围内致残致死的首要病因。面对威胁人类健康的第一杀手,从心脏生物学角度重新审视、探索HF发病的机制和有效的防治措施已成为基础和临床研究者的共识。尽管HF发病的原因并未彻底阐明,但是越来越多的临床观察发现,衰竭的心脏好比一台缺乏燃料的发动机,能量缺乏可能是HF发病的重要机制。因此,阐明HF时心肌底物代谢调控的机制,并针对性地研发药物,调节衰竭心脏的能量代谢有望成为治疗HF的新策略。蛋白磷酸酶2A(PP2A)是最为丰富的丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶之一,参与蛋白质的可逆磷酸化。其全酶是由支架蛋白A亚基,调节亚基B亚基和催化亚基C亚基构成的三聚体,其中Cα是PP2A主要的催化亚基亚型,故缺乏Cα的PP2A基本丧失了全酶的催化活性。我们前期实验研究发现,PP2ACα在小鼠心脏中特异性敲除后,小鼠在生后第8天出现心肌肥大,心肌肥大的标志基因——ANP、BNP和β-MHC的mRNA表达显著升高,心脏收缩舒张功能明显受损,至第11天快速发展为扩张性心肌病样改变,最终在第12～14天心衰死亡。值得注意的是,KO小鼠心肌脂代谢和糖代谢相关基因的表达显著下调,另一肥大标志基因c-Myc没有表达上的变化,但其在细胞核中的分布却显著减少,这提示,PP2A的缺失可能使小鼠心肌产生了严重的结构和代谢重塑。为探讨KO小鼠心肌能量代谢重塑与PP2A缺失、c-Myc核分布变化之间的联系,本研究以正常小鼠和PP2ACαKO小鼠为对象,用细胞和分子生物学相关技术手段观察分析其心肌能量代谢的模式,比较二者的异同,并探讨PP2A缺失引起心肌代谢重塑可能的分子机制。主要结果如下:为了和PP2ACα心脏敲除(KO)小鼠的能量代谢重塑进行比较,我们首先检测了 C57BL/6J(B6)小鼠心脏发育不同阶段,能量代谢相关基因的发育表达模式,结果显示,在小鼠出生后的快速发育阶段,FABP-pm、MCAD、Ech-1α等脂肪酸β氧化(Fatty acid β oxidation,FAO)相关基因和Cox7a2、ATP5i等线粒体呼吸链相关基因随小鼠发育进程的进行呈现出逐渐上调的表达趋势,并在第21天达到表达峰值;而有关糖代谢的基因,如ENO-1α和GLUT 4,则在小鼠的整个发育阶段中处于较低表达水平,这种发育差异性表达模式与其心肌能量代谢由胚胎期的以糖酵解为主转向以成年期的FAO为主相呼应。已有大量研究显示衰竭的心脏遭受能量供应不足和代谢重塑状况——心肌供能底物从脂肪酸重新转向糖类等碳水化合物为主。而我们结果显示,KO小鼠心脏代谢相关基因的表达模式与发育阶段正常小鼠相比有着显著不同,表现在生后第10天其心脏大部分脂代谢和糖代谢相关基因均呈现出显著下调趋势;而与文献报道的其它心衰模型相比,KO小鼠心脏并未表现出衰竭心脏以脂代谢为主反转为糖代谢为主的代谢重塑特征,提示KO小鼠心脏有其独特的代谢重塑模式。有趣的是,通过比较分析我们发现在表达显著下调的代谢相关基因中,有十种是c-Myc下游靶基因,如 CD36、ENO1a、LDHA、HK2、TFAM、Ndufa2、Cycs、Cox7a2、CyclinD1、PCNA,提示c-Myc可能在该动物心脏能量代谢重塑中发挥了关键作用。鉴于c-Myc在维持线粒体功能和增殖中的重要作用,我们进一步将研究目光集中在以线粒体功能为核心的能量代谢变化。在体内动物水平上,通过透射电子显微镜观察到敲除组动物出生后第10天,心肌细胞发生变性、坏死,心肌细胞肿胀,肌原纤维排列疏松、紊乱,扭曲,肌浆凝固;部分线粒体肿胀、峭断裂。利用JC-1染色实验则发现,与对照组动物相比,表示线粒体膜电位异常的含JC-1单体且发绿色荧光的细胞数目由1.76%上升至21.38%;而组织水平的ROS产量在该心衰模型中同样显著增加。在心衰晚期,即KO小鼠出生后第11天,自噬marker分子LC3-II与LC3-I的比值和P62的表达呈现出显著性上升趋势,表明自噬现象是心衰晚期的病理表型,而不是由PP2A Cα敲除引起。与此同时,线粒体呼吸链相关基因的表达情况与KO小鼠出生后PP2ACα的蛋白表达情况相一致,在敲除鼠出生后第9天,即PP2A Cα 蛋白水平显著下调时,Acoo2,ATP5i,Ndufa2,Cox4il,Ndufa8 和 Cox7a2的mRNA水平显著下调。在体外细胞水平上,利用带Cre的腺病毒侵染交配型(PP2A CαFloxp/Floxp:-)小鼠心室肌细胞构建体外PP2A Cα敲除模型,PP2A Cα的蛋白水平可下调60%～80%,进而在细胞水平检测ROS的产生和自噬现象,结果与体内实验相一致,即PP2A Cα敲除后,ROS的产量增加,自噬现象并没有因PP2ACα的敲除而发生。综上所述,PP2A缺失可导致小鼠心脏以线粒体功能异常为特征的能量代谢重构。