关键词:
射血分数保留的心衰
心肌肥厚
生物活性陶瓷
锌
氧化应激
线粒体
摘要:
背景:
左室射血分数保留的心力衰竭(HFpEF),是左室射血分数正常或接近正常(LVEF≥ 50%)的心力衰竭,其患病率不断增加,约占所有心力衰竭诊断的50%。HFpEF通常以左心室肥大、向心性重构、细胞外基质增多、钙处理异常、舒张和灌注异常及舒张弹性降低为特征。目前,HFpEF仍缺乏有效的治疗方式。生物陶瓷的“离子治疗”,近年被广泛用于心血管疾病的治疗研究,如心梗、心肌缺血再灌注等。既往研究表明心衰与锌缺乏相关,锌缺乏程度和心肌肥厚成正相关。然而,含锌的生物活性陶瓷是否可以改善HFpEF目前还没有相关报道。本研究拟探讨硅酸锌生物陶瓷来源的离子溶液对HFpEF的治疗作用及机制,为HFpEF的硅酸锌生物陶瓷“离子治疗”提供科学基础。
目的:
探究硅酸锌生物陶瓷(Zn-CS)来源的离子溶液对射血分数保留的心力衰竭HFpEF大鼠的治疗影响及其作用机制。
研究方法与结果:
1.结合Zn、Si等微量元素的人群摄入数据分析发现,锌摄入与额外硅补充对心衰患者的心血管死亡有改善作用,而在不额外补充硅的心衰患者群体,锌摄入未降低患者心血管死亡风险。
2.制备Zn-CS粉末及其浸提液,采用ICP-AES检测浸提液中Zn和Si的浓度,Zn和Si是Zn-CS浸提液中主要发挥生物活性的元素。通过主动脉缩窄(AAC)手术,在SD大鼠体内构建慢性心肌肥厚模型,以此模型用于后续动物实验。
3.静脉注射Zn-CS浸提液治疗AAC大鼠,通过心动超声,Masson染色,WGA染色,心重比与心胫骨比等评估Zn-CS的治疗效果。结果显示Zn-CS改善了 AAC引起的心功能下降,心室重构和心肌肥厚,延缓了 HFpEF的发生发展。
4.利用转录组测序及Western Blot,分析AAC组和Zn-CS治疗组之间的差异基因,进一步明确Zn-CS治疗的潜在作用机制。GO富集分析结果提示Zn-CS治疗上调了钙/钙调蛋白依赖激酶Ⅱ(CaMKⅡ)抑制基因CaMK2n1/2的表达。Wedtern Blot检测发现,Zn-CS抑制了心脏组织中CaMKⅡ的磷酸化;进一步GO富集分析线粒体代谢相关生物进程发现,Zn-CS治疗显著影响了 HFpEF中线粒体的内稳态。
5.利用MTT细胞活力检测确定了最佳Zn-CS干预原代心肌细胞的实验浓度为1/64 Zn-CS。利用WesternBlot、qRT-PCR和α-Actin荧光染色,探究Zn-CS对AngⅡ引起的病理性心肌细胞肥大的影响。利用DCFH探针、MitoSOX Red探针,qRT-PCR,Jc-1探针和线粒体探针评估Zn-CS对心肌肥厚过程中氧化应激和线粒体功能的影响。研究发现:Zn-CS浸提液处理显著降低了心肌肥大相关基因BNP、ANP和β-MHC的表达,减弱AngⅡ诱导的心肌细胞肥大,抑制CaMKⅡ的磷酸化。Zn-CS浸提液可以显著减少AngⅡ诱导的线粒体氧化应激,保护线粒正常功能。利用透射电镜观察在AAC大鼠心脏组织中线粒体结构,检测MDA水平和SOD活力,进一步验证了 Zn-Cs的心肌细胞保护作用。利用qRT-PCR和DCFH探针初步在巨噬细胞上证明了 Zn-CS的抗炎效果。
研究结论:
(1)Zn和CS的摄入可降低心衰患者的心血管死亡风险,为Zn-CS的转化应用提供理论基础
(2)Zn-CS浸提液离子治疗可以改善压力后负荷增高所致的心肌肥厚和心室重构,在HFpEF中具有潜在治疗价值。
(3)Zn-CS通过CaMK2n2/CaMKⅡ减少线粒体氧化应激与线粒体损伤从而在HFpEF中保护心肌细胞正常功能。