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研究背景: 阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(obstructive sleep apnea hypopnea syndrome,OSAHS)的主要病理生理基础是慢性间歇性低氧(Chronic intermittent hypoxia,CIH)。目前已证实OSAHS相关间歇性低氧(intermittent hypoxia,IH)是心功能不全的独立危险因素之一。心肌细胞富含线粒体,若线粒体功能紊乱将产生大量的活性氧(Reactive oxygen species,ROS),最终导致细胞凋亡,引起心功能不全。肿瘤坏死因子受体相关蛋白1(Tumor necrosis factor receptor-associated protein1,TRAP1)是位于线粒体内膜上的分子伴侣,具有稳定线粒体呼吸链作用。血红素加氧酶-1(Heme oxygenase-1,HO-1)是一种热休克蛋白,缺氧可诱导细胞HO-1表达升高。HO-1可降解由衰老或损伤红细胞产生的血红素,其该过程的降解产物为亚铁离子、一氧化碳、胆绿素。研究证实HO-1本身及该过程产生的代谢产物具有抗氧化应激、抗凋亡的能力。我们前期研究显示:HO-1高表达能改善SD大鼠因IH诱导的心功能不全,然而HO-1如何发挥保护OSA相关心功能不全,目前机制尚不明确。随着人们对HO-1的深入研究显示:HO-1具有保护线粒体功能。因此我们将研究HO-1高表达对心肌细胞线粒体功能及细胞凋亡影响,并初步探索HO-1与TRAP1在线粒体功能上的关系。 目的: 观察不同IH时间处理后心肌细胞HO-1、TRAP1表达、线粒体功能及细胞凋亡的变化,同时探索通过药物hemin(HO-1诱导剂)诱导HO-1高表达对心肌细胞TRAP1表达、线粒体功能及细胞凋亡的影响。 方法: 1.培养AC16成人心肌细胞,通过Bio-Spherix OxyCycler间歇性低氧控制系统建立细胞IH模型。 2.研究IH后心肌细胞HO-1、TRAP1表达及线粒体功能及细胞凋亡变化:根据IH处理时间不同,将心肌细胞培养皿随机分为6组:常氧64循环组(C64组)、间歇低氧64循环组(IH64组)、常氧96循环组(C96组)、间歇低氧96循环组(IH96组)、常氧128循环组(C128组)及间歇低氧128循环组(IH128组)。应用蛋白印记技术观察IH后心肌细胞HO-1、TRAP1及线粒体呼吸链复合体Ⅲ(ComplexⅢ)蛋白表达;运用流式细胞技术评价细胞的ROS水平及细胞凋亡情况;测定心肌细胞ATP含量。 3.通过药物hemin诱导HO-1高表达对心肌细胞TRAP1表达、线粒体功能及细胞凋亡的影响:根据实验结果,选取96循环为该部分实验间歇性低氧的时间截点,hemin最佳药物浓度为1μM(微摩尔每升)。将心肌细胞随机分为C96组、C96+hemin组、IH96组、IH96+hemin组共4组。应用蛋白印记技术观察hemin处理后心肌细胞HO-1、TRAP1及线粒体呼吸链ComplexⅢ蛋白表达;运用流式细胞技术评价hemin处理后细胞的ROS水平及细胞凋亡情况;测定hemin处理后心肌细胞ATP含量。 结果: 第一部分结果 1.1 与C64组相比,IH64组HO-1蛋白水平表达升高(p<0.01);与C96组和C128组相比,IH96组和IH128组HO-1蛋白水平表达降低(分别为p<0.0001、p<0.05)。与C64组相比,IH64组TRAP1蛋白水平表达无明显差异(p>0.05);与C96组和C128组相比,IH96组和IH128组TRAP1蛋白水平表达降低(分别为p<0.01、p<0.01)。 1.2 与C64组相比,IH64组线粒体呼吸链ComplexⅢ复合物蛋白水平表达无明显差异(p>0.05);与C96组和C128组相比,IH96组和IH128组线粒体呼吸链ComplexⅢ复合物蛋白水平表达降低(分别为p<0.01、p<0.05)。 1.3 IH64组、IH96组、IH128组与相应的常氧对照组(C64组、C96组、C128组)相比,ROS水平均有升高(分别为p<0.05、p<0.01、p<0.05)。 1.4 与相应的常氧对照组相比,间歇性低氧组心肌细胞ATP含量均有下降。 1.5 IH96组、IH128组细胞凋亡率较C96组、C128组明显升高,差异有统计学意义(分别为p<0.001、p<0.01)。 第二部分结果 2.1 hemin可诱导心肌细胞常氧组(C96组)及间歇性低氧组(IH96组)HO-1蛋白表达升高,有统计学差异(分别为p<0.01、p<0.001)。在间歇性低氧下,hemin通过诱导HO-1蛋白表达上调作用下,使TRAP1蛋白表达升高(p<0.01),常氧组未见上述现象(p>0.05)。 2.2 C96+hemin组ComplexⅢ蛋白表达高于C96组(p<0.001),IH96+hemin组ComplexⅢ蛋白表达高于IH96组(p<0.01)。 2.3 与C96组相比,C96+hemin组细胞内ROS水平明显降低(p<0.05);IH96+hemin组细胞内ROS水平低于IH96组(p<0.01)。 2.4 C96+hemin组ATP含量高于C96组(p<0.05),IH96+hemin组ATP含量高于IH96组(p<0.05)。 2.5 IH96+hemin组细胞凋亡率低于IH96组(p<0.05)。 结论: 1.OSA相关心功能不全的可能机制:IH导致ROS增加并积累,线粒体呼吸链复合物Ⅲ蛋白水平减少,ATP含量减少,最终导致细胞凋亡。 2.心肌细胞HO-1可被hemin药物诱导高表达,HO-1高表达可使ROS水平降低,线粒体TRAP1、呼吸链复合物Ⅲ蛋白表达上调,从而修复呼吸链功能,ATP含量增加,最终心肌细胞凋亡减少。