基于LC-MS/MS技术Gbas在心肌肥厚中作用机制研究

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目的:Gbas(glioblastoma amplified sequence),也称为Nipsnap2,属于Nipsnap家族,定位于细胞线粒体,在氧化磷酸化中起作用。Gbas在心脏中富集,但其在心肌肥厚中相关作用未有报道。本研究旨在基于非靶向代谢组学(LC-MS/MS)技术分析探讨Gbas是否通过参与线粒体三羧酸循环影响心肌肥厚进展。方法:第一部分:构建全身Gbas基因敲除小鼠模型。8周龄小鼠行腹主动脉缩窄(TAC)术诱导心肌肥厚,术后16周经超声心动图验证心肌肥厚效果,应用心脏/体重比值(mg/g)、H&E染色、Western Blot等技术在动物水平探索Gbas是否影响心肌肥厚进展。第二部分:构建大鼠原代心肌细胞敲低Gbas模型。考察苯肾上腺素(Phenylephrine,PE)诱导心肌肥厚后敲低Gbas组和正常不敲低组间心肌肥厚表型是否出现差异。结合实时定量逆转录聚合酶链反应(Quantitative Real-time Polymerase Chain Reaction,RT-PCR)、免疫荧光实验检测心肌肥厚相关指标,如心房利钠肽(ANP)、脑利钠肽(BNP)、肌球蛋白重链7(Myh7),探讨细胞水平上Gbas是否调控心肌肥厚进展。第三部分:采用非靶向代谢组学技术行代谢组学分析,借助高分辨率质谱仪Q Exactive HF(Thermo Fisher Scientific,USA),分别采集正离子和负离子两种模式的数据来对小鼠取材心脏行非靶代谢组学检测,合并正负离子数据,转换原始数据后利用特征曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)分析和富集通路分析等筛选Gbas基因在心肌肥厚发病中的相关代谢差异物和通路。结果:第一部分:TAC术后16周取材,发现TAC术后Gbas基因敲除手术组(KOTAC)与TAC术后野生型手术组(WT-TAC)相比,心肌肥厚表型加重,包括小鼠的心脏和体重的比值,左心室厚度和心肌功能等。Gbas基因敲除鼠假手术组(KO-Sham)与野生型假手术组(WT-Sham)的心肌肥厚相关指标无明显差异。第二部分:PE诱导24h后,Gbas敲低后PE诱导组(si Gbas+PE)与对照PE诱导组(NC+PE)相比,心肌肥厚指标加重,包括ANP、BNP、Myh7等。Gbas敲低不加PE组(si Gbas)较对照组不加PE组(NC)心肌肥厚指标无明显差异。第三部分:非靶向代谢组学数据符合标准,正离子模式数据合并负离子模式数据后筛选显著差异代谢物,设置筛选条件为Ratio>=1.2或=<0.8,单变量分析P<0.05(KO-Sham组和WT-Sham组的数据小于6,故未提供VIP数值)。总共筛选了18个内源性差异性代谢物,其中7个代谢物上调,包括L-(+)-丙氨酸[L-(+)-alanine]、L-棕榈酰(L-palmitoylcarnitine)、α-酮戊二酸(Alpha-ketoglutaric acid)、柠檬酸(Citric acid)、柠檬酸盐(Citrate)、非索非那丁(Fexofenadine)、胆固醇硫酸酯(Cholesteryl sulfate);11个代谢物下调,包括磷酸(Phosphoric acid)、哌啶(Piperidine)、L-瓜氨酸(L-citrulline)、二十碳五烯酸(Eicosapentanoic acid)、腺苷二磷酸(Adenosine diphosphate)、3-脱氢奎尼酸(3-dehydroquinic acid)、13s-羟基十八碳二烯酸(13s-hydroxyoctadecadienoic acid)、氧嘌呤(Hypoxanthin)、L-(+)缬氨酸[L-(+)-valine]、棕榈烯酸(Palmitoleic acid)、13(s)-过氧羟基-9,11-十八碳二烯酸[13(s)-hpode]。这些差异物质可能参与Gbas调控心肌肥厚的机制。结论:研究结果表明,不论是在动物模型还是细胞模型,诱导心肌肥厚后敲除或敲低Gbas会导致心肌肥厚表型加重。生理情况下敲除或敲低Gbas组与对照组相比,心肌肥厚表型未出现明显差异。以上结果提示生理条件下Gbas可能不会影响心肌细胞功能,但在心肌肥厚等病理情况下,Gbas参与调控心肌肥厚疾病进展。结合动物心脏组织非靶向代谢组学数据猜测Gbas可能通过线粒体能量代谢三羧酸循环过程来影响心肌肥厚的进展。经过多重比较分析结合既往研究结果,α-酮戊二酸两组间差异较大,可能参与Gbas调控心肌肥厚机制,有待进一步实验证实。
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