體外循環(huán)期間心肌代謝變化及乙醛脫氫酶2活化的心肌保護實驗研究.pdf

1、本文主要從以下幾個部分展開論述：
　　第一部分 基于代謝組學(xué)的體外循環(huán)缺血再灌注期間心肌代謝特點研究
　　研究目的:
　　體外循環(huán)(Cardiopulmonary bypass，CPB)缺血再灌注期間臨床干預(yù)以及機體的自身調(diào)節(jié)機制使心肌代謝發(fā)生復(fù)雜變化，然而缺乏系統(tǒng)性全面分析，本研究旨在利用代謝組學(xué)技術(shù)全面探索缺血再灌注期間心肌代謝變化特點。
　　研究方法:
　　18只新西蘭白兔隨機分為正常對照組（C組，n

2、=6）、缺血組（I組，n=6）、缺血再灌注組（IR組，n=6），同時需12只新西蘭白兔作為I組及IR組供血兔。體外循環(huán)經(jīng)右腋動脈、右房插管進行動脈灌注和靜脈引流，左腋動脈置管入主動脈根部或主動脈根部荷包縫合插管進行停搏液的灌注。正常對照組正中開胸、體外循環(huán)插管后直接取左室心肌組織，缺血組主動脈阻斷120min后取左室心肌組織，缺血再灌注組主動脈阻斷120min，心肌恢復(fù)灌注120min后取左室心肌組織。心肌代謝特點采用氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù)

3、進行分析，對代謝組學(xué)數(shù)據(jù)進行多元統(tǒng)計分析(PCA，OPLS-DA法)，作得分圖、載荷圖、熱力圖(heat map)分析，結(jié)合OPLS-DA分析的VIP值與t檢驗的p＜0.05共同鑒定差異物質(zhì)。
　　研究結(jié)果:
　　I組與C組相比，代謝特點可被區(qū)分但差異不明顯(Q2Y=0.357)，確定13個代謝物在I組與C組相比具有統(tǒng)計學(xué)差異（VIP差異物＞1，p差異物＜0.05），兩組間差異代謝物質(zhì)主要與脂肪酸、氨基酸、核苷酸代謝相關(guān)。K

4、EGG分析發(fā)現(xiàn)，代謝通路主要渉及鳥氨酸循環(huán)及嘧啶代謝的抑制。IR組代謝特點與I組明顯不同(OPLS-DA分析模型Q2Y=0.714)，得分圖可完全分開，對圖形區(qū)分產(chǎn)生貢獻的物質(zhì)組成載荷圖，最終可確定82個代謝物在IR組與I組相比具有統(tǒng)計學(xué)差異(VIP差異物＞1，p差異物＜0.05)，兩組間差異代謝物質(zhì)主要與能量、氨基酸、脂肪酸、核苷酸的代謝相關(guān)，涉及少量糖代謝產(chǎn)物，京都基因和基因組的百科全書(Kyoto Encyclopedia of

5、Genes and Genomes，KEGG)分析發(fā)現(xiàn)代謝通路主要涉及脂肪酸、氨基酸、糖酵解產(chǎn)物的生成增加，鳥氨酸循環(huán)的激活，此外與氧化應(yīng)激相關(guān)的氨基酸、黃嘌呤氧化酶系統(tǒng)代謝產(chǎn)物增加，而抗氧化代謝產(chǎn)物減少。
　　研究結(jié)論：
　　本研究全面分析了缺血期間與再灌注期間心肌組織的代謝特點，確定了多條代謝通路的變化。研究發(fā)現(xiàn)體外循環(huán)心肌缺血期間，僅涉及到部分脂肪酸代謝、鳥氨酸循環(huán)、嘧啶代謝產(chǎn)物的差異變化。再灌注早期心肌恢復(fù)血供，脂肪

6、酸、氨基酸、核苷酸代謝明顯上調(diào)，但同時參與氧化應(yīng)激的氨基酸、不飽和脂肪酸也明顯增加，抗氧化劑谷氨酰胺生成減少，通過本研究推斷再灌注損傷可能與心肌代謝中參與氧化應(yīng)激代謝物質(zhì)上調(diào)相關(guān)，因此本研究結(jié)果有助于進一步探索缺血再灌注心肌保護的復(fù)雜機制及心肌保護的改進策略。
　　第二部分 ALDH2活化在兔體外循環(huán)模型中的心肌保護效果及機制研究
　　研究目的:
　　既往研究表明，脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物醛類的堆積與心肌功能的損傷密切相關(guān)，線粒

7、體乙醛脫氫酶2(ALDH2)可有效清除毒性醛類物質(zhì)，但體外循環(huán)(Cardiopulmonary bypass，CPB)期間受低溫、醛類物質(zhì)反向抑制、個體差異等因素影響，ALDH2活性受抑制，而ALDH2的活化對體外循環(huán)缺血再灌注心肌是否具有保護效應(yīng)及具體機制尚無報道。因此本研究基于兔CPB心臟停跳模型，應(yīng)用Alda-1特異性激活A(yù)LDH2，探討其對體外循環(huán)期間心肌保護效果及可能的作用機制。
　　研究方法:
　　實驗對象為健康

8、新西蘭白兔，15-20周齡，體重2-3.5kg。第一階段：實驗兔隨機分為體外循環(huán)組（C組，n=7）、體外循環(huán)停跳組（CA組，n=7）、體外循環(huán)停跳+Alda-1組（CAA組，n=7）;第二階段：實驗兔隨機分為體外循環(huán)停跳組(CA組，n=7)、體外循環(huán)停跳+渥曼青霉素組（CAW組，n=7），體外循環(huán)停跳+Alda-1組(CAA組，n=7)，體外循環(huán)停跳+Alda-1組+渥曼青霉素組（CAAW組，n=7）。另隨機分配35只新西蘭白兔作為供血

9、兔。所有新西蘭白兔采用右腋動脈插管及右房插管建立CPB模型，降溫至直腸溫30℃，阻斷升主動脈，灌注心臟停搏液，主動脈阻斷2h后開放，復(fù)溫至直腸溫35℃以上生命體征平穩(wěn)后停機，恢復(fù)心肌灌注2h取左室心肌組織。術(shù)中監(jiān)測血流動力學(xué)指標、直腸溫、血氣變化。停機后取左室心肌標本，心肌組織勻漿測ALDH2含量活性，以及4-羥基壬烯醛(4-HNE)、丙二醛(MDA)、蛋白羰基、氧化型與還原型谷光甘肽(GSH/GSSG)含量、AKT磷酸化水平、自噬指標

10、LC3I/I表達，透射電鏡觀察心肌細胞超微結(jié)構(gòu)改變和線粒體損傷情況，檢測CPB前、升主動脈阻斷前、主動脈阻斷120min、升主動脈開放后5min、停機后血氣及CK-MB變化趨式。
　　研究結(jié)果:
　　缺血再灌注期間4-HNE、MDA堆積，與C組比較存在統(tǒng)計學(xué)差異(4-HNE：pCA vsC＜0.001;MDA：pCAvsC=0.001)。ALDH2含量在組間比較無明顯差異，應(yīng)用Alda-1后，CAA組與CA組相比ALDH2活

11、性明顯增加(pCAAvsCA＜0.001)，心肌4-HNE、MDA的堆積明顯減輕(4-HNE:pCAAvsCA=0.013;MDA:pCAAvsCA＜0.001)。應(yīng)用Alda-1后心肌蛋白羰基水平、血清CK-MB明顯減低，GSH/GSSH增加，CAA組與CA組相比均存在統(tǒng)計學(xué)差異(p＜0.05)，停機后CAA組dp/dtmax較CA組明顯升高(p=0.040)，但LVEDP、LVESP、dp/dtmin在三組間均無統(tǒng)計學(xué)差異，此外研究

12、發(fā)現(xiàn)自噬標記物L(fēng)C3Ⅱ/Ⅰ在CAA組較CA組明顯降低，但TUNEL凋亡陽性細胞在三組間無統(tǒng)計學(xué)差異。第二階段結(jié)果表明，PI3K-AKT通路抑制劑渥曼青霉素的應(yīng)用可明顯抑制再灌注期間心肌AKT磷酸化與微管相關(guān)蛋白(LC3)表達，CAW組與CA組比較存在統(tǒng)計學(xué)差異(p＜0.05)。CAA組與CA組、CAAW組比較發(fā)現(xiàn)，4-HNE、AKT磷酸化水平均增加，自噬標記物L(fēng)C3Ⅱ/Ⅰ明顯下降，組間比較存在明顯統(tǒng)計學(xué)
　　差異(p＜0.05)。

13、
　　研究結(jié)論:
　　1.體外循環(huán)期間ALDH2活化可加強毒性醛類清除，增強心肌的抗氧化損傷能力，減輕心肌的氧化應(yīng)激水平，心肌收縮功能得以改善，此外本研究還發(fā)現(xiàn)再灌注期間自噬程度明顯減輕，但TUNEL檢測凋亡陽性細胞無明顯差異。
　　2.再灌注期間，ALDH2可能通過AKT活化負向調(diào)節(jié)自噬水平，進而改善再灌注期間心肌損傷，但具體調(diào)節(jié)分子機制及下游通路仍待進一步探索.
　　3.本研究在體外循環(huán)模型中證實，ALDH2