SIRT3在硫化氢抗心肌肥大中的作用及机制研究

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目的硫化氢(hydrogen sulfide,H2S)是具有抗氧化能力的气体信号分子。去乙酰化酶3(sirtuin 3,SIRT3)与线粒体功能和氧化应激密切相关。本研究旨在探讨H2S是否可以通过SIRT3依赖性的方式改善心肌肥大并探讨其中的可能机制。方法细胞水平采用体外培养新生Sprague-Dawley(SD)大鼠心肌细胞,硫氢化钠(NaHS,50μM)预处理4小时,再给予血管紧张素II(angiotensin II,Ang II,100 nM)作用24小时后,检测SIRT3启动子的活性和SIRT3的表达。使用siRNA技术下调SIRT3基因表达后,测量NaHS对Ang II诱导后心肌细胞面积大小、心房钠尿肽(atrial natriuretic peptide,ANP)和脑利钠肽(brain natriuretic peptide,BNP)mRNA的表达、线粒体氧耗率(oxygen consumption rate,OCR)、氧化应激水平和膜电位的影响。整体动物水平选取雄性129S1/SvImJ(WT)小鼠和SIRT3 KO小鼠,腹膜内注射NaHS(50μmol/kg/d)2周后予以主动脉缩窄术(transverse aortic constriction,TAC)。术后连续2周腹腔注射NaHS,定期监测小鼠收缩压(systolic blood pressure,SBP)、舒张压(diastolic blood pressure,DBP)和平均动脉压(mean arterial pressure,MAP)。2周后超声心动图测量小鼠左室后壁(left ventricular posterior wall,LVPW)及室间隔(inter ventricular septum,IVS)厚度、心脏射血分数(ejection fraction,EF)和短轴缩短率(fraction shortening,FS),测量心脏重量(heart wight,HW)、心脏质量指数(heart mass index,HMI)、左心室质量指数(left ventricular mass index,LVMI)、LVW/TL比率、ANP和BNP基因表达、血浆H2S水平及心肌内H2S生成率,提取组织检测心肌丙二醛(MDA)水平、总抗氧化能力(T-AOC)、超氧化物歧化酶(SOD)的活性。用透射电镜观察线粒体超微结构并用DHE染色检测氧化应激水平,免疫荧光检测视神经萎缩蛋白1(optic atrophy 1,OPA1)和发动相关蛋白1(dynamin-related protein 1,DRP1)的表达。结果体外实验发现:1、NaHS可抑制Ang II诱导的心肌细胞肥大以及肥大基因ANP、BNP mRNA的表达并提高细胞中SIRT3启动子的活性和SIRT3mRNA的表达;然而沉默SIRT3后NaHS的上述作用被抑制。2、实验结果提示NaHS可逆转Ang II刺激造成的线粒体呼吸相关指标降低、ROS水平升高及线粒体膜电位减低的现象,但沉默SIRT3后NaHS的改善作用被抑制。动物水平实验结果发现:1、TAC可使SIRT3 KO与WT型小鼠产生心肌肥大,NaHS均可同等程度降低TAC后WT和SIRT3 KO小鼠的血压,提高血清H2S水平以及心肌H2S生成率,说明NaHS对血压和H2S水平的影响在SIRT3 KO小鼠与WT小鼠中没有差异。2、M型超声心动图显示NaHS可减小TAC后WT小鼠而非SIRT3 KO小鼠的心脏构型。3、TAC后WT小鼠各心脏指标均增高,NaHS处理可降低TAC后WT小鼠中的上述指标,而SIRT3 KO小鼠中的上述指数并没有降低。4、NaHS可降低WT小鼠中ANP和BNP的mRNA的表达,而在SIRT3 KO小鼠中NaHS的这一作用并不明显。5、NaHS可显著抑制TAC后WT而非SIRT3KO小鼠心肌DHE荧光和MDA水平,增加T-AOC和总SOD的活性。6、透射电子显微镜显示TAC后心肌细胞线粒体嵴减少、一些线粒体膜融合形成空泡。NaHS可增加WT小鼠而不是SIRT3 KO小鼠心肌中的线粒体嵴,并减少空泡形成,改善线粒体的超微结构。7、免疫荧光染色证实NaHS可增强TAC后WT小鼠而非SIRT3 KO小鼠中OPA1的表达,同时降低TAC后WT小鼠而非SIRT3 KO小鼠中DRP1的表达。结论H2S依赖SIRT3抑制心肌肥大,其机制与改善线粒体功能和抑制氧化应激有关。
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