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背景：尿素通道B（Urea Transporter B, UT-B）是介导尿素快速跨膜转运的膜通道蛋白，在肾脏、心脏、脑等多种组织表达。前期工作发现UT-B基因敲除可导致小鼠血清、心脏尿素水平增高，16周龄时发生心脏传导阻滞，在老龄时左室重构、心脏功能下降、间质纤维组织增生。左室心肌差异蛋白组学结果表明，UT-B基因敲除小鼠糖酵解和脂肪酸β氧化关键酶表达明显异常。因此提出UT-B缺失使细胞内尿素堆积导致心肌能量代谢异常，引起心肌肥大的假说。本研究拟观察UT-B基因敲除小鼠在增龄负荷（52周龄）及压力负荷（16周龄腹主动脉缩窄4周）后心脏的形态学改变，与野生型小鼠之间进行对比，探讨UT-B基因敲除小鼠对心肌肥大的易感性，检测16周和52周UT-B基因敲除小鼠心肌葡萄糖氧化、脂肪酸氧化和糖酵解水平及线粒体功能，与野生型小鼠进行差异对比分析，进而验证上述假说，揭示心肌代谢重构在UT-B敲除导致小鼠发生心肌肥大中的作用机制，寻找防治心肌肥大的新的靶点。1. UT-B基因敲除小鼠在慢性应激负荷时更容易发生心肌肥大对52周龄的UT-B基因敲除小鼠的心脏形态学变化进行系列研究，结果发现心脏重量增加，细胞直径增大，间质纤维化，发生明显心肌肥大。心脏组织MDA水平增加(p<0.05)、SOD蛋白表达和活性下降(p<0.05)，ANP表达增加(p<0.05)，电镜结果显示心肌线粒体肿胀、脂滴增加，提示脂肪代谢障碍、氧化应激水平增加可能参加其发病机制。对16周龄和野生型小鼠实施腹主动脉缩窄手术，结果表明慢性压力负荷时，UT-B缺失也加速了心肌肥大的进程，心肌细胞活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)水平也明显增加(p<0.05)，进一步证明UT-B基因敲除后小鼠在慢性负荷时容易发生心肌肥大。2.16周龄UT-B基因敲除小鼠心肌细胞糖、脂代谢和线粒体功能的改变通过PCR array糖代谢芯片检测UT-B敲除小鼠心肌组织糖酵解关键酶mRNA表达，发现多个关键酶表达上调(p<0.05)，而部分三羧酸循环关键酶下调(p<0.05)。Western blot方法检测糖酵解关键酶烯醇化酶(α-enolase, ENOα)蛋白的表达明显增加(p<0.05)。荧光探针标记法检测心肌细胞酸度，结果发现H+明显增加(p<0.05)。Western blot检测发现UT-B基因敲除小鼠心肌组织中脂肪酸氧化关键酶脂酰辅酶A脱氢酶(acyl-CoA dehydrogenase, ACAD)和重要调节因子过氧化物酶体增殖物激活型受体α (peroxisome proliferator activated receptors α, PPARα)表达水平明显低于野生型小鼠。以上提示UT-B基因敲除后由于小鼠心肌细胞尿素转运异常，而导致糖、脂代谢异常，可能是心肌肥大易感性增加的主要原因。应用Nanoscale LC–MS/MS分析16周UT-B基因敲除小鼠心肌线粒体差异蛋白的表达情况，结果发现50种蛋白发生明显调变，包括线粒体电子传递链复合体I，III，IV和V相关亚基和清除氧自由基相关酶随龄明显下降(p<0.05)；复合体I和IV活性明显下降(p<0.05)， ATP含量降低(p<0.01)，线粒体DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)发生突变。应用流式细胞术检测UT-B基因敲除小鼠心肌ROS水平和线粒体ΔΨm水平，结果发现ROS水平明显增加(p<0.01)，ΔΨm明显减低(p<0.05)。以上结果说明UT-B基因敲除小鼠线粒体功能明显异常。应用质谱分析16周UT-B基因敲除小鼠心肌L-精氨酸含量，结果发现含量明显下降(p<0.05)，试剂盒检测NO含量减少(p<0.05)，内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)、精氨酸酶1（arginase1， Arg1）和精氨酸代琥珀酸合成酶1（Argininosuccinate synthetase1， Ass1）的蛋白表达明显下降(p<0.05)，结果说明尿素循环发生障碍，可能通过影响尿素循环对三羧酸循环的底物供给而影响三羧酸循环。3.52周龄UT-B基因敲除小鼠心肌细胞糖、脂代谢和线粒体功能的改变应用Nanoscale LC–MS/MS分析发现，在16周小鼠中发生调变的线粒体电子传递链复合体相关亚基和清除氧自由基相关酶等在52周UT-B基因敲除小鼠心脏的表达水平明显下降(p<0.05)；糖代谢关键酶丙酮酸脱氢酶b (pyruvatedehydrogenase b, PDHb)明显增加，异柠檬酸脱氢酶2（isocitrate dehydrogenase2,IDH2）表达下降(p<0.05)，而脂肪酸氧化关键酶ACAD(s)和重要调节因子PPARα表达水平明显低于野生型小鼠(p<0.05)。说明UT-B基因敲除后小鼠心肌细胞的糖脂代谢异常随龄持续存在并加剧，可能为其氧化应激水平增加、心肌肥大的主要原因。综上所述，UT-B基因敲除小鼠尿素蓄积导致心肌细胞尿素循环障碍，继而导致线粒体三羧酸循环(tricarboxylic acid, TCA)受阻，能量供应减少，线粒体功能障碍，糖、脂底物利用途径改变，发生代谢重构，氧化应激水平增加，促进小鼠发生心肌肥大。