β3-AR-nNOS-NO信号通路在运动训练改善心力衰竭小鼠心功能中的作用及其机制

发布时间：2018-12-24 09:14

【摘要】：研究背景心力衰竭已成为全球主要疾病死亡原因之一,目前全球心衰患者人数已高达2300万。尽管近年来心衰的诊断与治疗水平已取得了很大的进步,但心衰的5年死亡率仍高达45%-60%。在承受疾病痛苦的同时,心衰还给患者造成了巨大的经济负担。调查显示2010年美国心衰患者直接与间接的经济支出高达392亿美金。因此,找到一种经济并且有效的改善心衰患者心血管功能的途径就变得非常重要。有氧运动是一种非常健康的生活方式,规律的有氧运动对心血管系统的健康非常有益。有氧运动能够降低多种心血管疾病的发病率,在许多方面改善心血管系统功能。病情稳定的心衰患者能够通过运动训练减轻心衰症状,改善运动能力以及生活质量。之前的研究认为一氧化氮合成酶(NOS)及一氧化氮(NO)在运动训练的心脏保护作用中发挥了重要作用,但具体机制尚未阐明。在心衰等病理条件下,β3肾上腺素受体(β3-AR)在心血管系统功能的调节过程中发挥了重要作用。心衰时心脏中β3-AR表达增加并发挥负性肌力作用。研究显示,β3-AR的心脏保护作用是通过活化NOS并释放NO来实现的。我们前期的研究也显示敲除β3-AR的压力负荷小鼠NOS解偶联增加,并出现更为严重的心脏功能恶化。同时,β3-AR激动剂能够通过活化NOS/NO减轻心衰小鼠心肌肥厚,改善心脏功能。结合以上研究,我们提出科学假设:压力负荷小鼠心脏结构和功能恶化,而有氧运动能够对压力负荷心衰小鼠发挥心脏保护作用,并且运动的心脏保护作用主要通过β3-AR-NOS-NO途径实现。研究目的1.压力负荷心衰C57小鼠心脏结构、功能以及β3-AR等相关分子的改变。2.有氧运动能否对压力负荷心衰C57小鼠发挥心脏保护作用?3.有氧运动对心衰小鼠心脏保护过程中β3-AR发挥的作用及机制?实验方法1.选取60只8周龄,体重18-21g的雄性C57小鼠。通过主动脉缩窄术(Transverse Aortic Constriction,TAC)建立C57小鼠压力负荷心衰模型,通过假手术(SHAM)建立对照。以游泳的方式对小鼠进行有氧运动训练干预。将小鼠随机分为4组:分别为SHAM(S),SHAM+Exercise(S+E),TAC(T),TAC+Exercise(T+E)。2.ELISA法检测各组小鼠血浆儿茶酚胺水平,评价TAC对小鼠血浆儿茶酚胺水平的影响,长期有氧运动对血浆儿茶酚胺基础水平的影响以及有氧运动时血浆儿茶酚胺水平的变化。3.超声检测小鼠心脏结构和功能。计算心脏重量与体重比值评价心脏肥大程度。WGA与Masson染色分别用以评价心肌细胞肥大及心肌组织纤维程度。4.Western-blot法检测心肌组织中β1-AR、β2-AR、β3-AR、e NOS、p-e NOS Ser1177、p-e NOS Ser114、n NOS、p-n NOS Ser847、p-n NOS Ser1412蛋白表达水平。5.硝酸还原酶法检测心肌组织NO水平,DCFH-DA法检测ROS水平,硫代巴比妥酸(TBA)法检测丙二醛(MDA)含量,黄嘌呤氧化酶法(羟胺法)检测SOD活性。6.45 8 18-21g C57泳的方式对小鼠进行有氧运动训练干预。通过给予β3-AR选择性拮抗剂SR59230A抑制β3-AR。将小鼠随机分为3组:分别为TAC(T),TAC+Exercise(T+E),TAC+Exercise+SR59230A(T+E+SR)。7.超声检测小鼠心脏结构和功能。计算心脏重量与体重比值评价心脏肥大程度。WGA与Masson染色分别用以评价心肌细胞肥大及心肌组织纤维程度。8.Western-blot法检测心肌组织中β1-AR、β2-AR、β3-AR、e NOS、p-e NOS Ser1177、p-e NOS Ser114、n NOS、p-n NOS Ser847、p-n NOS Ser1412蛋白表达水平。9.分别检测心肌组织中NO水平,ROS水平,MDA含量以及SOD活性。实验结果1.TAC手术后4周压力负荷小鼠LVEDD、LVESD增加,同时EF%、FS%降低,提示TAC小鼠左室扩大,心脏收缩功能下降。并且在TAC后4-6周压力负荷小鼠心脏结构与功能持续恶化。而TAC后10周与6周相比无显著性差异。运动干预虽没有完全阻止压力负荷所致的左室扩大及收缩功能减低,与SHAM小鼠相比TAC+E小鼠依然发生LVEDD、LVESD增加以及EF%、FS%降低,但与TAC小鼠相比还是显示出了很好的心脏保护作用。而注射β3-AR选择性拮抗剂SR59230A后运动训练的心脏保护作用消失。2.TAC小鼠与SHAM小鼠相比,血浆儿茶酚胺基础水平显著增高,而长期的有氧运动能够显著降低TAC小鼠血浆儿茶酚胺水平,但TAC+E小鼠与SHAM小鼠相比仍升高。小鼠有氧运动即刻血浆儿茶酚胺水平较基础水平显著增高。3.TAC小鼠出现明显的心肌细胞肥大,TAC小鼠心肌细胞横截面积约为SHAM小鼠的2.5倍。TAC+E小鼠与TAC小鼠相比心肌细胞肥大程度减轻,但仍高于SHAM小鼠。注射SR59230A后,TAC+E+SR小鼠较TAC+E小鼠心肌细胞横截面积显著增大,而与TAC小鼠无明显差异。4.Masson染色结果显示,与SHAM小鼠相比,TAC小鼠心肌组织纤维化程度显著增高。TAC+E小鼠心肌组织虽然也出现了一定程度的纤维化改变,但与TAC小鼠相比其程度降低70%。而抑制β3-AR后,TAC+E小鼠心肌纤维化程度加重。5.与SHAM小鼠相比,TAC小鼠出现明显的心肌肥厚,具体表现在TAC小鼠心脏重量指数、左室质量、左室后壁厚度以及室间隔厚度显著增加。TAC+E小鼠与TAC小鼠相比心脏重量指数与左室质量降低,但左室后壁厚度与室间隔厚度无显著差异。而注射SR59230A后,运动训练对心肌肥厚的作用消失。6.与SHAM小鼠相比,TAC小鼠心肌组织中β3-AR表达增加,而β1-AR,β2-AR蛋白水平无明显改变。TAC+E小鼠心肌组织中β3-AR蛋白表达水平较TAC小鼠显著增加。而注射SR59230A后,TAC+E+SR小鼠较TAC+E及TAC小鼠心肌组织中β3-AR蛋白表达水平均降低。7.e NOS蛋白表达水平在各组小鼠之间无明显改变。TAC小鼠n NOS、p-n NOS Ser847、p-e NOS Ser1177表达增高,而p-n NOS Ser1412、p-e NOS Ser114表达降低,。运动训练可上调n NOS、p-n NOS Ser1412、p-e NOS Ser114表达,下调p-n NOS Ser847、p-e NOS Ser1177表达。抑制β3-AR后,TAC+E+SR小鼠与TAC+E小鼠相比n NOS、p-n NOS Ser1412、p-e NOS Ser114表达降低,p-n NOS Ser847、p-e NOS Ser1177表达增高。8.TAC小鼠较SHAM小鼠心肌组织NO水平降低约50%,而ROS水平则升高约45%。运动训练能够显著降低心肌组织中ROS水平,并增加NO含量。抑制β3-AR后,TAC+E+SR小鼠心肌组织NO水平降低,ROS水平增高。9.与SHAM小鼠相比,TAC小鼠心肌组织MDA含量增高约3.5倍,SOD活性降低约50%。运动训练能够降低MDA含量,并使SOD活性增高。注射SR59230A后,运动训练对MDA与SOD的作用消除。结论1.压力负荷诱导C57小鼠心衰后出现左室扩张,心脏收缩功能减低。交感神经兴奋,血浆儿茶酚胺水平增高。心肌细胞肥大且发生纤维化改变,并且小鼠心肌组织中β3-AR以及n NOS功能紊乱,从而导致NO水平降低,氧化应激水平增高。2.有氧运动能够改善压力负荷心衰C57小鼠心脏结构及收缩功能的恶化,并减轻心肌细胞肥大以及纤维化程度。3.有氧运动的心脏保护作用是通过兴奋β3-AR,激活n NOS释放NO,改善心肌组织氧化应激状态实现的。
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【学位授予单位】：第四军医大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R541.6
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本文编号：2390444