SS31通过Sirt3介导的线粒体融合缓解压力负荷诱导的心力衰竭

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背景心力衰竭(heart failure,HF)是一种以心泵衰竭和心脏重构为特征的难治性、进行性疾病。间质纤维化是心脏重构的重要机制之一,通过造成心脏舒张功能障碍和电生理损伤诱发心力衰竭。沉默调节因子3(sirtuin 3,Sirt3)是高度保守的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸依赖性去乙酰化酶,与线粒体裂变和融合关键蛋白有直接作用影响线粒体动力学。线粒体动力学失衡导致线粒体功能障碍,在心衰发病机制中起关键作用。视神经萎缩相关蛋白1(optic atrophy 1,OPA1),是一种GTP酶,OPA1特异性锚定到线粒体内膜,是线粒体内膜融合的关键蛋白。寡肽Szeto-Schiller Compound 31(SS31,elamipretide)可以特异性与线粒体内膜相互作用,影响线粒体内膜完整性促进线粒体融合。在心衰的发展过程中,过度的线粒体分裂和线粒体融合减少会导致细胞凋亡的激活,加速心衰的发展。靶向调节线粒体动力学蛋白是一种预防心脏损伤的潜在策略。在心衰心脏组织中,OPA1表达降低加重线粒体破碎程度,导致线粒体结构损伤和功能障碍,促进心衰的进展。因此,研究SS31能否通过Sirt3介导激活OPA1相关线粒体融合减轻心衰损伤的研究具有临床价值。在这项研究中,我们使用小鼠主动脉缩窄手术,增大小鼠心脏压力负荷造成心力衰竭,血管紧张素Ⅱ引起的成纤维细胞转分化模拟心衰过程中心脏纤维化损伤来观察SS31治疗效果,尤其关注线粒体融合通路,研究SS31对线粒体融合的调控是否通过Sirt3/OPA1通路介导。目的1.探讨SS31在压力负荷性小鼠心力衰竭中的保护作用;2.探讨SS31对小鼠压力负荷性心力衰竭的保护作用是否通过对线粒体融合的调控;3.探讨SS31对线粒体融合的调控是否为Sirt3/OPA1通路介导;方法1.体内实验部分小鼠压力负荷性心力衰竭模型的构建采用主动脉缩窄手术模型。我们将小鼠分为6组,野生型小鼠手术组被随机分成2组,1组腹腔注射SS31,1组与假手术组给予生理盐水对照。Sirt3K0小鼠手术组随机分成2组,1组给药SS31,1组与假手术组给生理盐水对照。干预期间给予普通饮食喂养。实验手术前及术后第八周末,对小鼠进行M-mode、二维超声心动图和脉冲多普勒(pulse wave doppler,PWD)超声心动图检查,采集用于评价小鼠心脏收缩和舒张功能的图片及数据。心肌组织切片改良Masson染色评估心肌组织纤维含量。胶原Ⅰ(collagen Ⅰ),胶原Ⅲ(collagen Ⅲ)免疫组织化学(immunohistochemical,IHC)染色评估心脏胶原沉积和纤维化程度。α平滑肌肌动蛋白(alpha smooth muscle actin,α-SMA),转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)免疫组织化学染色评估成纤维细胞转分化程度。心室组织透射电子显微镜成像观察心肌细胞线粒体形态大小分布情况及线粒体内部结构。小鼠脑钠肽Elisa试剂盒测定小鼠血清中BNP浓度。2.体外实验部分体外提取新生小鼠乳鼠心室组织心肌成纤维细胞。用血管紧张素Ⅱ刺激成纤维细胞模拟心脏纤维化进程,蛋白免疫印迹法测量蛋白相对含量,通过免疫荧光标记评估成纤维细胞转分化程度及线粒体形态结构。3.统计学分析所有实验数据均来自3次及以上独立重复实验,采用GraphPad prism 8软件包处理,定量资料均以均数±标准差表示。两组之间比较采用独立样本的t检验,设p<0.05为有统计学意义,多组间比较用One-way ANOVA检验,设p<0.05为有统计学意义。结果1.体内实验部分SS31能有效缓解野生型小鼠压力负荷诱导的心力衰竭的临床表现。SS31可以改善野生型小鼠TAC术后心衰小鼠心脏结构,提高心脏收缩和舒张功能。SS31给药可以减轻野生型小鼠术后的心脏纤维化程度,不能改善Sirt3K0小鼠术后心肌纤维化程度。心肌组织透射电镜结果表明SS31治疗可改善野生型小鼠心衰心脏线粒体的形态大小及内部结构,在Si rt3K0小鼠中线粒体形态结构没有被SS31改善。SS31治疗压力负荷性心力衰竭可恢复野生型小鼠心脏线粒体内膜融合蛋白OPA1的表达,不能恢复Sirt3K0小鼠OPA1的表达。SS31处理显著提高了Sirt3的表达,Sirt3缺失可消除SS31在压力负荷心力衰竭小鼠的上述心肌保护作用。2.体外实验部分SS31在血管紧张素Ⅱ诱导的心肌成纤维细胞转分化中过程中有抑制成纤维细胞转分化的作用,同时促进心肌成纤维细胞Sirt3蛋白表达。SS31以Sirt3依赖的方式改善了血管紧张素Ⅱ刺激的心肌成纤维细胞的线粒体融合。SS31可恢复野生型小鼠成纤维细胞血管紧张素Ⅱ刺激后线粒体融合蛋白OPA1的表达,不能恢复Sirt3K0小鼠成纤维细胞血管紧张素Ⅱ刺激后线粒体融合蛋白OPA1表达。同时,过表达Sirt3的成纤维细胞的线粒体融合蛋白OPA1表达量明显增高,Sirt3缺失可消除SS31在小鼠心肌成纤维细胞中的保护作用。结论1.SS31在压力负荷性小鼠心力衰竭具有一定的保护作用;2.SS31对小鼠压力负荷性心力衰竭的保护作用部分通过对线粒体融合通路调控;3.SS31对线粒体融合的调控为Sirt3/OPA1通路介导;
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