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线粒体在心肌缺血-再灌注损伤（Myocardial ischemia-reperfusion injury，MI/RI）所致的心肌细胞凋亡及心脏收缩功能障碍中起关键作用。再灌注期间，钙超载，自由基生成增加可致线粒体通透性转换孔(Mitochondrial permeability transition pore， mPTP）开放，从而引起线粒体膜电位丢失，促凋亡蛋白释放，ATP耗尽，最终细胞凋亡，心肌收缩功能降低。因此，抑制线粒体功能障碍是减轻MI/RI的有效途径。 线粒体内蛋白是线粒体功能的主要调控者，在维持线粒体结构和功能的完整性中发挥关键作用。如附图1所示，线粒体中Bcl-2和Bax均可调节mPTP开放，且两者比值失衡可激活线粒体凋亡通路；与线粒体结合的己糖激酶Ⅱ（Hexokinase，HKⅡ）能有效抑制 Bax与 mPTP的促凋亡作用；而位于线粒体内膜的解偶联蛋白3（uncoupling protein3，UCP3）可促进HKⅡ与线粒体结合。另外，UCP3可通过调控H+稳态参与线粒体的ATP合成，从而直接影响I/R中心肌收缩功能的恢复。 低氧诱导因子-1α（Hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）作为氧敏感的转录因子，可通过转录激活多种基因来发挥机体对低氧或缺血的适应性反应。目前研究已明确HIF-1α具有改善急性MI/RI的作用，但其潜在机制尚未完全阐明。经我们的前期研究发现，HIF-1α可通过抑制心肌细胞凋亡来减轻MI/RI，且对caspase-3与caspase-9活性具有明显抑制效应，而对caspase-8活性无影响，表明HIF-1α可抑制线粒体凋亡信号通路介导的心肌细胞凋亡。然而，HIF-1α的抗MI/RI作用是否与调控线粒体有关，目前尚不清楚。因此，本研究拟在大鼠心肌I/R模型上，探索HIF-1α能否改善线粒体功能障碍及其保护线粒体的可能机制。 目的： 1．通过观察HIF-1α对I/R大鼠心脏收缩功能及心肌组织线粒体结构和功能的影响，以确定HIF-1α的抗MI/RI作用是否与保护线粒体有关。 2．探讨HIF-1α保护线粒体的可能机制。 方法： 1. SPF级雄性SD大鼠112只，随机分为四组：Sham组、心肌缺血/再灌注+生理盐水（MI/R+V）组、DMOG（HIF-1α活化剂，40mg/kg，术前24h腹腔注射）+心肌缺血/再灌注（D+MI/R）组、环孢素A（mPTP特异性抑制剂，10mg/kg/d，灌胃1周）+心肌缺血/再灌注（CsA+MI/R）组。除Sham组外，其余三组均结扎左前降支45min，再灌注3h。 2.分别采用右侧颈总动脉插管和小动物超声心动仪（再灌注24h后做超声心动图）检测血流动力学指标和左心室活动情况。 3.再灌3h后取左心室心尖部心肌组织，透射电镜下观察心肌组织线粒体的超微结构；采用组织线粒体分离试剂盒提取再灌注10min后的心肌组织线粒体，并用线粒体膜通道孔比色法检测试剂盒测定mPTP开放程度；再灌注3h后按试剂盒方法提取心肌组织线粒体，并用线粒体活体染色剂詹纳斯绿B对其进行形态鉴定，分别采用JC-1荧光探针和萤火虫荧光素酶定量法，检测线粒体膜电位和心肌组织ATP含量。 4.再灌注3h后留取左心室结扎线下方的心尖部心肌组织，分离心肌组织的线粒体和胞浆蛋白以及总蛋白，采用western blot法对线粒体凋亡通路蛋白Bcl-2和Bax及HKⅡ、UCP3蛋白表达水平进行定量检测。 结果： 1. HIF-1α可逆转I/R所致的心功能降低 与Sham组相比，MI/R+V组大鼠的左室收缩压（LVSP）、左室舒张末压（LVEDP）、左室内压最大上升速率（dp/dt max）、左室内压最大下降速率（-dp/dt max）绝对值及左心室射血分数（EF）与缩短分数（FS）明显降低（P<0.05）；与MI/R+V组相比，D+MI/R组大鼠的LVSP、LVEDP、dp/dtmax、-dp/dtmax绝对值显著升高（P<0.05），且EF与FS明显增加（P<0.05）。 2. HIF-1α可明显改善I/R所致的线粒体损伤 透射电镜结果显示，MI/R+V组大鼠心肌组织的线粒体肿胀，外膜结构模糊，部分线粒体外膜破裂，嵴稀疏并呈现嵴断裂、消失；而D+MI/R组与CsA+MI/R组线粒体外膜结构及嵴疏密程度等超微结构明显优于MI/R+V组，但劣于Sham组。在线粒体功能检测方面，荧光显微镜与荧光酶标仪定量检测结果显示，与Sham组比较，MI/R+V组大鼠心肌线粒体膜电位显著下降，红色与绿色荧光强度的比值较Sham组低80.81％（P<0.05）；与MI/R+V组比较，D+MI/R组与CsA+MI/R组线粒体膜电位显著增强，红色与绿色荧光强度的比值较MI/R+V组分别高2.2倍，2.5倍（P<0.05）。与Sham组相比，MI/R+V组大鼠心肌组织线粒体mPTP吸光值比值（A540/Initial A540）降低，心肌组织ATP含量降低74.49%（P<0.05）；与MI/R+V组相比，D+MI/R组与CsA+MI/R组心肌组织线粒体A540/Initial A540比值增加，心肌组织ATP含量分别增加1.9倍，2.0倍（P<0.05）。 3. HIF-1α可调控I/R心肌线粒体相关蛋白的表达 Western blot结果显示，与Sham相比，MI/R+V组大鼠心肌线粒体中Bcl-2、HKⅡ蛋白表达量均降低，Bax蛋白表达量显著升高（P<0.05），而胞浆中Bcl-2、HKⅡ蛋白表达量均增加，Bax蛋白表达量降低（P<0.05），且心肌组织中UCP3蛋白表达量明显降低（P<0.05）；与MI/R+V组相比，D+MI/R组与CsA+MI/R组能显著上调心肌线粒体中Bcl-2、HKⅡ蛋白表达水平（P<0.05），明显减少胞浆中Bcl-2、HKⅡ蛋白表达量（P<0.05），并抑制Bax蛋白从胞浆向线粒体移位（P<0.05），且D+MI/R组心肌组织中HIF-1α和UCP3蛋白表达量显著增加（P<0.05）。 结论： 1．HIF-1α减轻大鼠MI/RI的作用与显著改善心功能、保护线粒体结构、抑制线粒体功能障碍有关。 2．HIF-1α可通过抑制Bcl-2/Bax线粒体凋亡通路激活，上调线粒体HKⅡ和心肌组织UCP3表达来减轻MI/R诱导的线粒体损伤。