大鼠心肌梗死后心肌組織中線粒體融合蛋白2基因和線粒體分裂蛋白mRNA表達水平的變化

施冰，冬蘭，尹秋生，趙倩，王珺

(北京軍區總醫院干部病房一科，北京100700)

·基礎研究·

大鼠心肌梗死后心肌組織中線粒體融合蛋白2基因和線粒體分裂蛋白mRNA表達水平的變化

施冰，冬蘭，尹秋生，趙倩，王珺

(北京軍區總醫院干部病房一科，北京100700)

目的 觀察大鼠急性心肌梗死后梗死周邊區心肌組織中線粒體融合蛋白2基因(mfn2)和線粒體分裂蛋白(DRP1)表達水平的變化。方法 15只雄性SD大鼠通過前降支動脈結扎法建立大鼠急性心肌梗死模型后，隨機分為心肌梗死2 d組，心肌梗死7 d組，心肌梗死14 d組;另設假手術組，每組n=5。利用熒光定量PCR法檢測梗死周邊區心肌組織中Mfn2和Drp1 mRNA的表達。結果 心肌梗死組中Mfn2和Drp1 mRNA表達低于假手術組，并在心肌梗死后2周內表達呈逐漸下降的趨勢(P＜0.05)。結論 線粒體融合和分裂異常導致的能量代謝障礙，可能是心肌梗死后心室重塑及心力衰竭的重要機制之一。

心肌梗死;基因，線粒體;線粒體，心臟;心血管生理過程;大鼠，sprague-dawley

心力衰竭是嚴重危害人類健康的疾病，調查顯示心力衰竭的發病率在50歲以上人群為1%，而在80歲以上為10%。線粒體是真核細胞重要的細胞器，其基本功能為生成三磷酸腺苷(ATP)，同時它還參與鈣離子穩態、細胞凋亡、細胞信號傳導及許多其他合成代謝和分解代謝。在心力衰竭的各種病理改變中，線粒體結構和功能異常導致的能量代謝障礙可能是心力衰竭發展過程的重要機制之一［1］。

細胞生命進程中，線粒體管網進行著不間斷地分裂和融合，兩者維持動態平衡對細胞積極而靈敏地適應環境具有重要意義。線粒體融合蛋白2基因(mfn2)是近年來發現的一種新型基因，該基因位于線粒體的外膜，參與線粒體的融合，調節線粒體的新陳代謝和維持線粒體的網狀結構［2-3］。Mfn2在心、腦、肺、腎、肝組織中廣泛分布，在心臟中表達最高。Mfn2是線粒體融合所必需的，融合基因缺陷可導致線粒體片斷化。線粒體分裂蛋白(DRP1)是線粒體分裂所必需的，分裂基因缺陷可導致線粒體管網化［4］。

本研究通過構建大鼠急性心肌梗死模型，探討心肌梗死后梗死周邊區心肌組織中 Mfn2和Drp1mRNA的表達變化，以期進一步闡述心肌線粒體結構和功能的改變在大鼠心肌梗死后心臟功能損傷中的作用機制。

1 材料和方法

1.1 動物模型的制備、分組及給藥 15只雄性SD大鼠，每只體質量180 g左右，購自北京維通利華公司。通過結扎冠狀動脈左前降支，制作急性心肌梗死模型。術后存活的15只大鼠隨機分為心肌梗死后2 d組，心肌梗死后7 d組，心肌梗死后14 d組(n =5)。另設假手術組(n=5)，假手術組僅在前降支穿線，不結扎。

1.2 心臟重量及重量指數 大鼠稱量體質量(BW)后用復合麻醉劑(戊巴比妥鈉、水合氯醛、阿托品注射液)腹腔注射麻醉(3 ml/kg)，心臟抽血處死。取出心臟，于升主動脈注入冰PBS灌流心臟，將心臟在濾紙上瀝干后稱取心臟重量;剪除雙側心耳、右心室壁，稱取左心重量(LVW)，左心重量與體質量之比即為左心室重量指數(LVWI，mg/g)。

1.3 心肌組織中Mfn2和Drp1mRNA檢測 用Trizol法(美國Invitrogen公司)提取梗死周邊區心肌組織總RNA。應用RT-PCR法檢測心肌組織中Mfn2和Drp1 mRNA表達，18sRNA作為內參，見表1。1.5%瓊脂糖凝膠電泳，Bio-Rad凝膠成像分析系統處理，Mfn2/18s和Drp1/18s吸光度比值分別作為Mfn2和Drp1mRNA的相對含量。

表1 引物序列

1.4 統計學處理 用SPSS 13.0統計軟件進行統計分析。所有數據以均值±標準差表示，兩組間比較采用t檢驗，多組間采用方差分析。

2 結果

2.1 心肌梗死模型的建立 成功構建大鼠急性心肌梗死模型，實驗用20只大鼠全部存活，根據研究設計分批處死。

2.2 大鼠心臟重量指數 與假手術組［(2.20± 0.23)mg/g］比較，心肌梗死后7 d組［(2.71± 0.23)mg/g］及14 d［(2.93±0.11)mg/g］組大鼠左心重量與體質量比顯著增加，差異有統計學意義(P＜0.05);術后2 d組［(2.26±0.34)mg/g］與假手術組比較差異無統計學意義。

2.3 心肌組織中Mfn2和Drp1mRNA的表達 與假手術組比較，心肌梗死組心肌組織中Mfn2和 Drp1mRNA表達水平在心肌梗死后2周內表達呈逐漸下降趨勢(P＜0.05)，見表2。

表2 各組大鼠心肌組織中Mfn2和Drp1表達(±s)

表2 各組大鼠心肌組織中Mfn2和Drp1表達(±s)

注:與假手術組比較，aP＜0.05

Mfn2 Drp1假手術組組別 鼠數(只) 5 0.86±0.04 1.13±0.04術后2 d 5 0.65±0.07a0.97±0.04a術后7 d 5 0.46±0.05a0.84±0.08a術后14 d 5 0.32±0.03a0.75±0.05a

3 討論

在本試驗中，心肌梗死組LVWI較假手術組減少，表明心肌梗死后發生心室重構。在本試驗中，我們還發現大鼠心肌梗死后梗死周邊區心肌組織中Mfn2和Drp1 mRNA表達逐漸降低，提示Mfn2和Drp1的表達變化可能與心室重塑相關。

研究顯示，心肌線粒體生物合成的增加與心肌重構之間存在著某種聯系，心肌重構的過程可能引起線粒體生物合成通路的活化，而線粒體生物合成的增加有可能加重心肌重構［5］。線粒體的總體形態(管網狀或片斷化)依賴于融合、分裂蛋白的相對活性。線粒體空間形態的動力學變化與線粒體代謝、氧化磷酸化等密切相關。Mfn2是線粒體融合蛋白家族的主要成員，是線粒體維持形態、發揮功能所必需的重要分子。近年來研究發現，Mfn2是細胞內重要的信號轉導分子，通過調控細胞增殖、分化、凋亡等復雜的信號轉導，參與多種心血管疾病相關的病理生理過程，如高血壓、冠狀動脈腔內成形術后再狹窄、動脈粥樣硬化、心肌肥厚、心肌氧化損傷、糖尿病和胰島素抵抗等。Mfn2可以通過抑制Ras/Raf/ ERK/MAPK途徑，從而有效地阻遏細胞周期，抑制細胞增殖，促進細胞凋亡［6-7］。敲低Mfn2可損壞內質網形態、松散內質網和線粒體的連接、降低線粒體Ca2+攝取能力［8］。內質網與線粒體的聯系對于鈣穩態、脂質生物合成、線粒體代謝調節和凋亡至關重要。缺失Ras結合域的Mfn2突變體不能連接內質網和線粒體，單獨補充Ras級聯信號分子也不能影響內質網和線粒體的形態和相互作用［9］。線粒體分裂是由Drp1介導，線粒體分裂是調節線粒體空間形態的另一個重要機制。阻斷線粒體分裂可能導致線粒體膜電位崩潰、ROS增加、蛋白質氧化增加等，線粒體分裂還關聯著線粒體的功能調節、細胞凋亡等［6］。

對心力衰竭時心肌能量代謝改變的認識，不僅有助于了解心力衰竭時心肌細胞功能障礙及代償發生的分子機制，并為新興的能量代謝治療策略提供了理論依據和治療靶點。

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Altered expression of Mfn2 and Drp1 in surrounding myocardial of rats with acute myocardial infarction

SHI Bing，DONG Lan，YIN Qiusheng，ZHAO Qian，WANG Jun(Department of Gerontology，Beijing Military General Hospital，Beijing 100700，China)

Objective To investigate the altered expression of mfn2 and Drp1 in rats with acute myocardial infarction.Methods The acute myocardial infarction model of 15 male SD Rats were induced by left anterior descending artery ligation，then they were randomly divided into AMI groups(D2，D7，D14).5 male SD rats were shamoperated.The expression of Mfn2 and Drp1 mRNA were detected by real-time PCR.Results Compared to sham group，the expression of Mfn2 and Drp1 of the surrounding tissue decreased in AMI groups，and decreased gradually during the two weeks of post-myocardial infarction.Conclusion The abnormal expression of mitochondrial fusion and fission maybe one of the possible mechanisms of heart failure after AMI.

Myocardial infarction;Genes，mitochondrial;Mitochondria，heart;Cardiovascular physiologic processes;Rats，Sprague-dawley

R542.22

A

10.3969/J.issn.1672-6790.2012.04.021

2011-11-16)

國家自然科學基金資助項目(81170225)

施冰，博士，E-mail:dr_shibing@bjmu.edu.cn