心衰（心力衰竭）作为一种严重挑战人类健康的慢性疾病,其发病率在全球范围内仍在逐年上升,且致死率依然居高不下,而这也为人类社会带来了严重的医疗和经济负担。因此,在未来很长一段时间内心衰仍会是一项全球性公共卫生难题。心衰是指由于各种病因所致的心室收缩和（或）舒张功能障碍进而引起心脏射血无法满足机体正常生理功能所需而导致的一种临床综合征。尽管目前人们对于心衰的认识相比过往已经有了很大提升,也研发出了部分新的治疗药物,然而心衰的总体治疗效果仍旧收效甚微。因此,进一步阐明心衰的发病机制并寻找有效的治疗靶点迫在眉睫。病理性心室重构是心衰的主要病理特征之一,它主要包括结构性重构,代谢性重构,电生理重构等多个方面,其中又以代谢性重构发生最早。心室代谢性重构是指:在左心室压力负荷增加等致病因素的作用下,心肌对营养物质的摄取和代谢发生了改变,其主要特征之一便是糖酵解增强,葡萄糖的利用增加,同时脂肪酸的利用保持不变或降低。虽然当下越来越多的研究提示心脏代谢性重构可能与心衰的发生有着重要联系,但是目前研究对于糖酵解在心衰发病的病理生理过程中的调控作用仍知之甚少。因此,深入探索和阐明糖酵解在心衰发生发展过程中的调控作用及机制,为寻找治疗心衰的潜在靶点提供了可能。PKM1是糖酵解最后一步催化反应的限速酶,它催化磷酸烯醇丙酮酸生成ATP和丙酮酸。后者既可以在胞质中被乳酸脱氢酶还原生成乳酸也可以进入线粒体进行氧化磷酸化供能,是偶联糖酵解和葡萄糖氧化磷酸化的重要中间产物。由此可见,PKM1对调控糖酵解和葡萄糖氧化磷酸化供能都至关重要。本研究旨在探究PKM1在压力超负荷所致的病理性左室重构和心力衰竭中的调控作用和可能的机理。首先我们运用TAC（主动脉弓缩窄）手术诱导野生型C57BL/6小鼠发生压力负荷升高所致的心力衰竭,并对相应的组织样本进行代谢组学检测。我们分析发现Warburg效应和糖酵解是变化最大的两条代谢通路。同时我们对小鼠心衰组织中PKM1的表达和酶学活性进行检测,发现PKM1的表达水平和酶学活性在心衰组织中明显降低。随后通过在PKM1心肌特异性敲除小鼠中建立TAC模型,我们发现PKM1基因的缺失会显著恶化TAC术后小鼠的心功能,导致该基因敲除小鼠在术后短期内发生心衰。接着我们运用离体心脏灌流核磁共振同位素示踪等试验发现,在主动脉弓缩窄术后PKM1敲除小鼠的心脏对葡萄糖,丙酮酸和乳酸等代谢底物的利用显著降低,同时伴有线粒体呼吸电子传递链相关蛋白表达下降和心肌耗氧量明显降低。因此我们认为:由压力后负荷增加引起的病理性心室重构和心力衰竭可能与心肌细胞PKM1表达水平和酶学活性下降所致的心肌葡萄糖代谢障碍有关,PKM1可能是一个潜在的心衰治疗靶点。第一部分小鼠心衰组织中代谢性重构的特征以及PKM1的表达水平和酶学活性的变化目的:观察压力超负荷所致的小鼠心衰组织样本中各个代谢通路的改变情况,探究糖酵解通路关键代谢酶PKM1在心衰样本中的表达水平和酶学活性的变化特征。方法与结果:在野生型C57BL/6小鼠中利用TAC手术诱导其心脏发生心力衰竭,经心脏超声检测确认小鼠心脏功能显著降低后,收获心衰组织样本并记录心脏重量,肺脏重量,体重及胫骨长度等数据。与假手术组相比,TAC组小鼠术后心功能发生了显著的降低,心脏体积明显增大,心脏重量体重比,心脏重量胫骨长度比以及肺重量体重比等比值显著上升。通过代谢组学检测发现,心衰组织中各代谢通路与假手术组相比发生了显著改变,其中Warburg效应通路和糖酵解通路是变化最为显著的两条代谢通路。随后,利用Real-time PCR,Western blot和免疫荧光染色等方法检测心衰组织中糖酵解通路关键代谢酶PKM1的表达情况。结果显示:相对假手术组,TAC组心衰样本中PKM1的表达水平明显降低。最后利用乳酸脱氢酶偶联法检测心衰组织中PKM1的酶学活性,结果提示;心衰组织中PKM1的酶学活性相比假手术组发生显著下降。结论:野生型C57BL/6小鼠在发生由压力超负荷所致的心力衰竭时,心脏发生了显著的代谢性重构,其中以Warburg效应通路和糖酵解通路的上调最为突出;糖酵解通路限速酶PKM1的表达水平和酶学活性在心衰组织中显著降低。PKM1介导的葡萄糖代谢异常可能在由压力超负荷所致的心衰中起到重要的调控作用。第二部分PKM1对压力超负荷引起的小鼠心力衰竭的调控作用目的:观察PKM1在由压力超负荷所致的小鼠心力衰竭发生过程中的调控作用。方法与结果:构建和繁殖PKM1心肌特异性敲除（c KO）小鼠,通过DNA凝胶电泳和Western blot确认小鼠基因型和PKM1的敲除效率及特异性。心脏超声检测PKM1心肌特异敲除小鼠在八周龄时基础状态下的心脏功能。结果提示:c KO小鼠的确达到了心肌特性敲除并且敲除效率极高,同时PKM1心肌特异性敲除对基础状态下的心功能没有明显影响。分别对PKM1 c KO小鼠和PKM1 f/f小鼠行TAC手术制造压力超负荷模型。术后一周心脏超声检测各组小鼠心功能,发现c KO组小鼠术后心功能相对对照组发生显著下降。术后十天收获心脏组织并记录心脏重量,肺脏重量,体重及胫骨长度等数据,计算结果提示c KO组小鼠术后心脏重量体重比以及肺重量体重比较对照组明显上升。随后,对心脏组织行Real-time PCR和Western blot检测发现:c KO组小鼠术后心脏组织中ANP,BNP等心衰标志物及TGF-β,CTGF,Col1a等纤维化指标显著高于对照组。同时,病理切片Masson’s trichrome染色和H＆E染色提示:c KO组小鼠术后心脏纤维化程度较对照组显著升高,c KO小鼠心脏发生了显著的病理性心室重构。结论:心肌特异性PKM1缺失在基础状态下对小鼠心功能没有明显影响,但是在压力超负荷的病理条件下会显著加速小鼠心功能恶化,导致心衰的发生。第三部分PKM1对压力超负荷引起的小鼠心力衰竭的代谢性调控机制研究目的:探讨在压力超负荷的病理条件下,PKM1如何通过调节葡萄糖代谢进而调控小鼠心衰发生的代谢性机制。方法与结果:分别对PKM1 c KO小鼠和PKM1 f/f小鼠行TAC手术制造压力超负荷模型。术后3天取出心脏,以含13C标记的代谢底物的灌流液进行体外恒温灌流30分钟,分别收集心脏灌流前后的灌流液行耗氧量检测,灌流结束收取心脏组织freezeclamp后行NMR同位素示踪检测。结果提示:在冠状动脉灌流量相同的情况下,PKM1 c KO小鼠TAC术后心肌耗氧量较PKM1 f/f小鼠术后心肌耗氧量明显降低,对葡萄糖,丙酮酸,乳酸等代谢底物的摄取利用能力也显著下降。与此同时,另取一批小鼠行TAC手术,术后3天取心脏分离线粒体行PDH酶学活性检测。检测发现:TAC术后3天PKM1 c KO小鼠心脏组织中PDH酶学活性相比于PKM1f/f小鼠明显降低。此外,Western blot检测小鼠心肌组织中抑制性磷酸化PDH及线粒体呼吸链相关蛋白提示:与PKM1 f/f小鼠相比,PKM1 c KO小鼠TAC术后PDH抑制性磷酸化水平显著升高而线粒体呼吸链相关蛋白NDUFB8及SDHB的表达则显著降低。结论:在压力超负荷的病理条件下,心肌特异性PKM1缺失将显著抑制心肌细胞内糖酵解和葡萄糖的氧化磷酸化供能。PKM1是心肌细胞面临压力负荷时有效调控葡萄糖代谢,维持心脏功能所必须的。