缺氧过程中大鼠心肌线粒体能量代谢和腺苷酸转位酶活性及表达的研究

缺氧是常见而又重要的病理生理过程,由其导致的心血管系统功能障碍与能量生成不足有关,线粒体是能量产生的主要场所,缺氧暴露可降低线粒体的氧化呼吸功能,从而影响细胞的能量代谢。心肌细胞耗氧量大、代谢率高,几乎完全依赖于有氧代谢,当心肌供氧不足或氧化磷酸化过程障碍均可使心肌细胞内能量产生不足而导致心肌结构和功能障碍。腺苷酸转位酶(ANT),也称为腺苷酸载体(AAC),它是位于线粒体内膜中含量最多的蛋白,功能主要是实现线粒体内外ATP和ADP的转运,对维持线粒体正常能量代谢有重要的作用。我们通过观察缺氧暴露不同时间心室肌细胞及线粒体能量代谢变化及ANT转运活性,在RNA及蛋白水平的表达,探讨缺氧对心室肌能量状态影响规律及对ANT功能的影响,以从细胞能量生成和转运角度阐明缺氧时心功能障碍的基本机制。11～14周龄的成熟Wistar大鼠50只随机分为正常对照组、缺氧1天组、缺氧5天组、缺氧15天组和缺氧30天组。缺氧组于模拟海拔5000米高原低压舱(大气压405.35mmHg)内连续缺氧24小时/天,于舱内取材,正常对照组于舱外喂养及取材。提取心室肌线粒体;Clark氧电极法测定线粒体氧化呼吸活性;HPLC法测量线粒体及心肌组织内腺苷酸含量;H3-ADP掺入法测量线粒体ANT转运活性;抑制剂滴定法检测线粒体流量控制系数及ANT密度;实时real time荧光定量RCR检测组织ANT1和ANT2mRNA表达量;Western Blot 分析线粒体内ANT蛋白表达量。 主要结果: 1. 大鼠经缺氧1天、5天、15天后, ST3和RCR显著降低,缺氧30天时ST3仍显著低于对照组。RCR在30天时恢复正常。ST4在缺氧1天、5天、15天时显著升高,缺氧30天时降低,与对照组和其他各组比较差异均有非常显著意义。缺氧5天、30天时 OPR降低。 2. 大鼠经缺氧1天、5天、30天,心室肌线粒体ATP含量明显下降,与正常对照组相比差异非常显著,缺氧30天时达到最低,仅为正常对照组的45.6%,缺氧15天时ATP含量恢复。ADP含量各缺氧组与对照组均无明显变化,但缺氧30天组较15天组有显著下降,差异非常显著。AMP含量在缺氧1天时升高,与正常对照组差异非 常显著,5天时较1天时下降,但仍明显高于正常对照组,两者差异显著,至15天时AMP含量与正常组无显著差异,缺氧30天时AMP含量较对照组降低,差异显著,较15天时差异非常显著。 3. 大鼠经缺氧5天、15天、30天,心室肌组织ATP和ADP含量下降,与正常对照组相比差异均非常显著,缺氧30天时达到最低,分别为正常对照组的33.2%和41.6%。AMP含量仅在缺氧15天时下降,与正常对照组相比有非常显著意义。大鼠经缺氧5天、15天、30天,心室肌组织总腺苷酸池水平明显下降。心室肌组织EC水平在缺氧5天、30天时明显降低。缺氧1天时EC水平降低不明显,缺氧30天时EC水平再次降低,仅为正常对照组的61.8%。 4. 大鼠经缺氧1天、5天、30天时,心室肌线粒体ANT转运活性较明显下降,与正常对照组相比差异有非常显著意义,缺氧15天时ANT活性恢复。 5. 缺氧30天时,ANT1mRNA表达量与正常对照组相比显著降低,ANT2mRNA表达量则显著升高。缺氧过程中组织内ANT总蛋白表达量没有显著变化。 结论: 1. 缺氧暴露引起心室肌组织能量储备减少,并随着缺氧时间的延长,心室肌组织内总腺苷酸池水平持续降低,而缺氧对心肌线粒体氧化呼吸功能的抑制导致ATP合成能力下降是其主要原因。心肌能量状态的变化是缺氧导致心功能障碍的主要原因。 2. 缺氧暴露可显著抑制心肌线粒体ANT活性,并随时间呈双相效应。缺氧过程中ANT活性变化对线粒体氧化磷酸化和心肌能态起重要调节作用。 3. 慢性缺氧暴露可抑制ANT1mRNA表达和增加ANT2mRNA表达,改变ANT异构体在心肌组织中的分布,提示ANT2在适应缺氧组织能量需求中的作用。