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背景:心脏手术需要建立体外循环(Cardiopulmonary Bypass,CPB)以提供无血和停跳的状态以利于手术,此过程中心脏的缺血再灌注损伤将无法避免。临床上,许多患者处于长期慢性低氧(Chronic Hypoxia,CH)状态,例如紫甜型先天性心脏病(Cyanotic Congenital Heart Disease,CCHD)、慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease,COPD)、睡眠呼吸暂停综合征(Obstructive Sleep Apnea,OSA)患者以及长期生活在高海拔地区人群。众多临床研究表明长期慢性低氧患者CPB后发生心肌损伤相关的并发症概率显著增加。目的:低温可降低心肌细胞氧耗,是CPB中最基本的心肌保护方法,但是低温同样会导致一些副作用,此时细胞会合成冷休克蛋白来拮抗。低温心肌保护中冷休克蛋白扮演的角色以及其效果是否会受到长期慢性低氧的影响目前尚不清楚。本研究将明确长期慢性低氧是否会影响CPB期间低温的心肌保护效果,并对其机制进行深入研究并探讨其转化医学价值。方法:通过构建慢性低氧大鼠模型和CPB大鼠模型观察慢性低氧对低温心肌保护效果的影响,并使用蛋白质组学检测对其潜在机制进行探索。对鉴定出的关键蛋白使用基因敲除大鼠验证其在低温心肌保护中的功能,并进一步使用体外细胞实验对其上下游机制进行分析,最终针对筛选出的靶点对心肌停搏液配方进行改良,观察其是否可以改善慢性低氧大鼠CPB期间的低温心肌保护效果。结果:首先建立了模拟心脏外科手术情境的大鼠CPB模型,并使用冰屑在心表敷洒和冷心脏停搏液灌注对停跳的心脏实施低温保护。然后构建了慢性低氧大鼠模型(10%02饲养1月),并使其经历CPB和心脏停跳,同期加以低温保护。相比于常氧大鼠,慢性低氧大鼠的心脏功能在CPB后严重受损。病理结果显示慢性低氧大鼠在CPB后的心肌凋亡率显著增加。ELISA检测显示慢性低氧大鼠在CPB中心肌氧化应激水平明显上升且伴随ATP合成受损,CPB后血浆心肌酶显著升高。心脏蛋白质组学分析显示CPB过程中属于冷休克蛋白家族的冷诱导RNA结合蛋白(Cold-inducible RNA-binding Protein,CIRBP)在低氧组心肌中显著下降。进一步使用亚硫酸盐测序和染色质免疫共沉淀-实时定量PCR(ChIP-qPCR)发现慢性低氧心肌Cirbp启动子区域的GC盒甲基化水平明显增加从而使得转录因子SP1与Cirbp启动子区域的结合能力减弱,最终导致心肌在低温下无法上调CIRBP的表达。这一发现在紫绀型先天性心脏病和来自高海拔地区的非紫绀先心病患者的心脏标本中得到了证实。我们进一步构建了Cirbp敲除(Cirbp-/-)大鼠和CIRBP过表达(Cirbp-Tg)大鼠,发现Cirbp敲除后CPB过程中低温的心肌保护作用受损,Cirbp过表达大鼠的心肌保护作用增强,具体表现为敲除组术后心肌细胞凋亡率显著增加,血浆心肌酶显著升高,并且心功能显著下降,但是过表达组的相应心肌损伤指标明显减轻。蛋白质组学结果显示Cirb-/-大鼠CPB过程中心肌泛醌(CoQ1。)合成通路受损。Western blot证实CPB期间泛醌生物合成单加氧酶COQ6(COQ6)和泛醌生物合成蛋白COQ9(COQ9)在Cirbp-/-大鼠心肌表达显著下降。RNA蛋白结合实验(RNA pull-down)和 RNA 免疫共沉淀实验(RNA Immunoprecipitation,RNA-IP)证实CIRBP可与Coq6和Coq9的mRNA结合。荧光素酶报告基因实验和多聚核糖体图谱分析结果显示CIRBP在转录后水平促进COQ6和COQ9的翻译和表达。质谱分析显示Cirbp-/-大鼠在CPB期间心肌CoQ10含量显著下降,最终导致术中心肌氧化应激水平显著增加和ATP合成受损,从而造成心肌损伤加重。最后在心脏停搏液中加入CoQ10可以改善慢性低氧大鼠的心肌保护效果,但是其保护作用在常氧大鼠中却十分有限。结论:CPB中,低温通过上调心肌CIRBP的表达促进CoQ10的合成进而发挥心肌保护作用。长期慢性低氧诱导的甲基化修饰抑制了低温下CIRBP的表达,损伤了 CPB过程中低温的心肌保护效果。我们的研究提出了针对患者术前低氧状态决定是否在停搏液中加入CoQ10的个体化心肌保护策略。此策略或许能改善此类患者围术期的低温心肌保护效果,具有重要的转化医学意义。