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背景脓毒症是一种严重威胁人类生命的全身性炎症反应综合征,可发展为脓毒性休克及多器官功能障碍综合征。资料显示,罹患心功能障碍的脓毒症患者的死亡率约为70%-90%,明显高于无心功能不全患者(20%)。大量的研究表明,氧化应激、线粒体结构和功能受损是脓毒症诱导心功能障碍的基本病理生理学机制。然而,目前对脓毒症诱导的心功能障碍缺乏有效的治疗策略。富马酸二甲酯(Dimethyl fumarate,DMF)是一种富马酸的衍生物,可在酯酶水解的作用下,生成富马酸单甲酯。由于DMF及其代谢产物在神经、肝脏、心脏等多种组织中均表现出抗炎和抗氧化的特性。因此,我们推测它也可能对抗脓毒症引起的心肌损伤。核因子E2相关因子2(nuclear factor E2-related factor 2,Nrf2)是细胞中对抗氧化应激损伤的一种重要的保护性蛋白,多表达于心脏、肺和肝脏。当细胞受到刺激时,Nrf2可从细胞质转位进入细胞核内,与基因启动子区域的抗氧化反应元件结合,从而促进具有抗氧化特性的靶基因的表达。已有研究表明,DMF对神经的保护作用是通过Nrf2依赖性机制而实现的。Nrf2是否在DMF对抗脓毒症诱导的心肌损伤中也起着重要的作用,目前尚不清楚。目的观察DMF是否可对抗脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导的心肌细胞损伤,并进一步探讨Nrf2途径是否参与了DMF的心肌保护作用。方法(1)取培养的大鼠H9C2心肌细胞,用1μg/m L LPS刺激建立心肌细胞损伤模型。(2)细胞随机分为以下几组:对照组,LPS组,DMF组,LPS+DMF组,Nrf2-si RNA组,LPS+Nrf2-si RNA组,LPS+DMF+Nrf2-si RNA1组,PD98059组,LPS+DMF+PD98059组。(3)CCK-8法检测心肌细胞生存率;Annexin V-PI流式细胞技术检测心肌细胞的凋亡。(4)Western blotting检测心肌细胞Nrf2、HO-1、p-ERK1/2、ERK1/2、Lamin A/C、GAPDH蛋白的表达。(5)比色法检测乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)的释放量,心肌丙二醛(malondialdehyde,MDA)和总谷胱甘肽(glutathione,GSH)含量,超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)活性。(6)ELSIA试剂盒检测细胞炎症因子(IL-1β和IL-18)水平。(7)激光共聚焦显微镜观察Nrf2的细胞内定位以及线粒体形态。(8)JC-1荧光指示剂检测心肌细胞线粒体膜电位变化情况。(9)Mito SOX Red指示剂检测线粒体超氧化物的产生量。(10)Seahorse生物分析仪测量线粒体呼吸功能,分析基础呼吸、呼吸贮备、质子泄漏、和ATP产生时的耗氧率(oxygen consumption rate,OCR)。结果(1)与对照组相比,心肌细胞用1μg/m L LPS孵育后,细胞生存率下降,细胞凋亡发生率和LDH释放量增加(P<0.01)。而与LPS组相比,DMF(10、20、或40μM)预处理后,细胞生存率增加,细胞凋亡发生率和LDH释放量减少(P<0.01)。(2)Western blotting和免疫荧光结果均显示,LPS处理后,心肌细胞总Nrf2蛋白表达和细胞核Nrf2蛋白量明显减少;DMF预处理不仅可使细胞总Nrf2蛋白表达量和细胞核Nrf2水平明显增加,还可使HO-1蛋白的表达显著增高(P<0.05)。(3)心肌细胞转染Nrf2-si RNA后,DMF诱导的总Nrf2表达增高、Nrf2核转位、和HO-1的表达增加现象均被明显抑制(P<0.01)。此外,Nrf2-si RNA不仅可取消DMF预处理引起的细胞凋亡率、炎症因子、MDA、和LDH的下降,还能抑制DMF诱导的细胞生存率和抗氧化剂(SOD、GSH-Px和GSH)的增加(P<0.01)。(4)DMF预处理可增加p-ERK1/2水平(P<0.01)。ERK1/2特异性抑制剂PD98059可抑制DMF诱导的总Nrf2蛋白、细胞核Nrf2水平、HO-1蛋白,以及生存率的增加(P<0.01)。(5)与LPS组相比,LPS+DMF组细胞的线粒体超氧过物水平和线粒体片段化程度均降低,线粒体膜电位增高,线粒体呼吸功能增强(P<0.01)。以上作用均可被Nrf2-si RNA所阻断(P<0.01)。结论DMF可保护心肌细胞免受LPS的攻击。其机制可能与ERK1/2依赖性的Nrf2/HO-1途径激活有关,并通过减轻氧化应激,改善线粒体形态和能量代谢起作用。