甘氨酸是一种最简单的天然氨基酸,又名氨基乙酸,是一种人体非必需氨基酸。甘氨酸同时也是一碳、蛋白质、多肽、核苷酸类、卟啉类以及胆盐代谢中的关键物质。在中枢神经系统,甘氨酸则是一种重要的抑制性神经递质,其通过与甘氨酸受体的结合引起氯离子大量内流,使细胞膜发生超极化改变,从而对突触后神经元产生抑制作用。许多研究结果表明,预防或是治疗性给予甘氨酸可以对一些疾病状态下的器官或是组织发挥保护作用。因此,甘氨酸还是一种用途广泛的细胞保护剂。然而在循环系统中甘氨酸具有什么样的作用尚不非常明确。我们实验室之前的研究发现,甘氨酸可以改善大鼠心肌缺血再灌注损伤后的心功能,对心肌细胞具有保护作用。但是甘氨酸对于压力负荷所诱导的心肌肥大性重构以及心力衰竭的作用却未见报道。基于甘氨酸的广泛细胞保护特性,我们提出假说,甘氨酸在压力负荷所诱导的心肌肥大性反应中可能具有改善疾病后期心功能的作用。为证实上述假说,我们将C57BL/6小鼠分为生理盐水组和甘氨酸组,分别给予腹腔注射一周后行主动脉窄缩手术(TAC),构建压力负荷模型。在手术后第4周通过超声心动图检查发现,TAC手术后引起的小鼠心室肥大程度在生理盐水组要比甘氨酸给药组明显严重。分析小鼠的心脏组织,可见生理盐水组小鼠的心重体重比以及心重胫骨长度比都要高于甘氨酸给药组。接着我们通过实时定量PCR的方法检测了心脏中胚胎基因的重表达,发现甘氨酸给药组明显抑制了胚胎基因的重表达。检测心室重构的纤维化程度,发现甘氨酸给药组显著抑制了心脏的纤维化。由于ERK通路的激活在压力负荷所诱导的心肌肥大反应中发挥重要作用,因此我们检测了 Raf/MEK/ERK信号通路的活性情况,发现TAC手术后生理盐水组Raf/MEK/ERK信号通路明显激活,而甘氨酸则明显抑制了这一信号通路的激活,并且呈现一定的剂量依赖性。我们还进一步应用实时定量PCR和EMSA的方法检测了下游核转录因子GATA-4在小鼠心肌的表达水平和转录活性。同样地,甘氨酸给药可以同时降低GATA-4的表达并抑制其转录活性。为了进一步证实甘氨酸对压力负荷所诱导的心肌肥大后期的心力衰竭是否会具有改善作用,我们将小鼠造型时间延长一周,在术后第5周时用超声心动图检测心功能,结果发现生理盐水组的心功能已发生明显下降,但甘氨酸给药组的心功能仍然维持在正常水平。进一步分析心重胫骨长度比和肺重胫骨长度比,结果表明甘氨酸给药组的心肌肥大程度和肺淤血程度均比生理盐水组有明显改善。在证明了预先应用甘氨酸可以减轻压力负荷引起的心室重构的基础上,我们又进一步研究了甘氨酸是否对压力负荷所诱导的心肌肥大具有治疗作用。在TAC手术后一周再给予甘氨酸,并在手术后第4周用超声心动图进行检测,发现甘氨酸给药组的小鼠心室肥大程度得到了一定程度的改善,心重体重比减轻,但心重胫骨长度比则与对照组没有明显差异。为进一步研究甘氨酸的上述作用机制,我们分离了原代乳大鼠心肌细胞,发现甘氨酸可以抑制AngⅡ刺激下心肌细胞的肥大反应。通过应用ERK抑制剂PD98059,证明甘氨酸的保护作用系通过抑制ERK通路而实现。目前对于甘氨酸保护作用的细胞作用途径存在争议。我们认为甘氨酸受体可能介导了细胞保护作用。为此我们首先对乳大鼠心肌细胞上甘氨酸受体的表达进行了鉴定,证明乳大鼠心肌细胞上表达有α2型甘氨酸受体。接着我们用SiRNA干扰的方法下调甘氨酸受体,发现甘氨酸对Ang Ⅱ刺激所诱导的胚胎基因重表达的抑制作用明显减弱,对核转录因子GATA-4表达和活性的抑制作用也明显消失。上述结果提示,甘氨酸受体为甘氨酸的抑制心室重构效应所必需。总之,本课题研究证明,甘氨酸具有抑制压力负荷所诱导的心肌肥大以及心力衰竭的作用,这不仅可用于预防同时也具有一定的治疗效果。甘氨酸的上述作用可能主要由甘氨酸受体途径所介导,通过抑制Raf/MEK/ERK通路活性和下游的转录因子GATA-4的表达和转录活性,阻止肥大基因的表达,从而逆转肥大的表型,改善后期的心功能。