研究背景脓毒症是儿科重症监护病房中的常见病,其病死率极高。对于脓毒症的确切定义,始于1991年美国胸科协会与重症医学会联席会议达成的共识,脓毒症定义为由感染所引起全身炎症反应综合征。目前认为脓毒症并非单纯宿主对感染的免疫反应,而是一种损害性,非修复性的炎症反应,可以导致多个器官功能损害。脓毒症心肌病在临床上常见,脓毒症心肌病在临床上可以表现为可逆性的双心室扩张、射血分数下降,对液体复苏和正性肌力药物的反应下降,同时血生化检查可以出现CK—MB、肌钙蛋白、B-type natriuretic peptide (BNP)等心肌标记物的水平增加等心肌标记物上升。脓毒症心肌病可以增加患者的死亡率,因此脓毒症心肌病的发病机制越来越引起关注。脓毒症心肌病的发病机制十分复杂,目前研究包括体液炎症因子损伤、氧化应激、细胞凋亡、炎症通路激活和线粒体功能障碍等学说等,其中线粒体功能障碍重要的机制之一。目前已经有临床研究发现,脓毒症的严重性与器官线粒体损害和能量生成障碍成正相关。内毒素致脓毒症模型的动物实验研究中发现的心肌组织线粒体超微结构发生破坏同时伴有线粒体的呼吸功能障碍。脓毒症导致心肌线粒体功能的相关机制可能涉及多个途径。受损的线粒体导致组织氧利用能力下降,称为’细胞性缺氧’’,同时由于线粒体结构和功能的破坏,导致线粒体代谢改变,促进线粒体活性氧的产生加重细胞内的氧化应激损伤。最近发现线粒体可以参与脓毒症相关性的炎症调控：细胞内氧自由基与炎症通路之间可发生交互作用,氧化应激可以进一步激活炎症通路；另外受损的线粒体可以释放循环线粒体DNA片段已经被确定为线粒体衍生的危险相关的分子模式(DAMPS),可以通过模式识别受体激活炎症反应。线粒体功能障碍以及线粒体内在的分子途径在脓毒症心肌病还有待于进一步认识,这将是揭示脓毒症心肌病的机制和潜在的治疗靶标。线粒体解偶联蛋白2是存在于线粒体内膜的一种阴离子质子转运体,UCP2分布为广泛(其中包括脾、胸腺、胰腺、心、肺、白色脂肪组织、脑、肝脏、骨骼和骨骼肌等)。目前认为UCP2调控可以参与细胞内能量ATP的生成调控、抑制线粒体活性氧族(ROS, Reactive oxygen species)、维持线粒体内钙平衡和线粒体膜电位、参与线粒体的再生修复等。目前对于其在脓毒症心肌病的作用机制具体作用还尚未有报道。研究目的在动物整体水平上,我们采用腹腔注射内毒素法建立脓毒症大鼠模型,通过不同时间段处死动物,观察UCP2在脓毒症时心肌组织中动态表达变化,旨在为进一步研究UCP2在脓毒症心肌病中的具体作用；在细胞水平上,我们采取使用脓毒症大鼠血清刺激H9C2心肌细胞株模拟脓毒症心肌损伤的体外模型,通过运用siRNA干扰技术干扰UCP2基因的表达,从细胞水平上初步探索UCP2基因对脓毒症心肌病炎症通路和氧化应激的作用。本课题分两个部分进行,第一部分是UCP2在脓毒症大鼠心肌组织中的动态表达变化,从mRNA和蛋白表达水平两个层次上进行研究；第二部分是UCP2基因siRNA转染对脓毒症血清诱导H9C2心肌细胞P-P38,NF-KB的表达和氧化应激影响。主要从炎症通路和细胞氧化应激方面探讨UCP2在脓毒症心肌病的作用。研究方法第一部分：健康成年无特定病原体(SPF)级雄性SD大鼠40只(由广东省医学实验动物中心提供),体重250—300g实验动物随机分为两组正常对照组(n=8)、脓毒症组(n=32),脓毒症根据造模时间又分成(6h、12h、24h、48h)四个亚组。实验大鼠前禁食12h,自由饮水。正常对照大鼠组8只,不经任何处理,脓毒症组予内毒素(LPS)10mg/kg腹腔注射。脓毒症分别于不同时间点处死动物。标本收集：无菌取出大鼠心脏,生理盐水清洗,将左心室分成三部分一部分取部分浸泡于4%多聚甲醛固定,24小时内脱水和石蜡包埋,切片用于免疫组化；其余心肌组织部分迅速置于液氮中保存以备提取RNA和蛋白检测UCP2mRNA和蛋白水平。第二部分：健康成年无特定病原体(SPF)级雄性SD大鼠20只(由广东省医学实验动物中心提供),体重250—300g实验大鼠前禁食12h,自由饮水。随机分为脓毒症组(n=10)和正常对照组(n=10)脓毒症组以内素素(LPS)10mg/kg腹腔注射,正常对照组大鼠不经处理。6h后无菌心脏穿刺采血,4度静置30分钟,800转每分钟离心后生物安全柜内收集上清液。负80℃保存待用。体外培养大鼠心肌细胞株(H9C2),随机分为空白对照组、正常大鼠血清组、10%脓毒症大鼠血清刺激12h组、UCP2-siRNA干扰+10%脓毒症大鼠血清刺激12h组、阴性siRNA转染+10%脓毒症大鼠血清刺激12h组,每组设3个复孔。实验结束后收获细胞上清液和细胞,检测细胞内p-p38MPK表达和核转录因子(NF-κ B)的表达；细胞上清NO水平和细胞内MDA水平以及荧光探针检测细胞内活性氧水平。研究结果第一部分脓毒症大鼠心肌组织UCP2动态表达变化：经统计学检验各组间UCP2mRNA和UCP2蛋白表达均有显著差异(UCP2mRNA:F值=73.96,P<0.01；UCP2蛋白：F值=101.82,P<0.01)。脓毒症各组UCP2mRNA相对表达水平增加,6h、12h、24h、48h组均较正常组高(P<0.01),其中24h组表达水平最高；UCP2蛋白表达灰度值对比显示脓毒症各组UCP2蛋白相对表达水平增加,48h组均较正常组高(P<0.01),与mRNA表达趋势类似,其中24h组表达水平最高。免疫组化正置显微镜观察结果显示UCP2蛋白少量表达在正常大鼠心肌组织中,定位于细胞胞浆内。对照组黄色染色较淡,UCP2表达较少。脓毒症各个时间组阳性染色加深,24h组染色最深。第二部分1、免疫印迹检测各组心肌细胞p-p38MAPK、NF-κB的表达通过灰度分析可得,各组间p-p38MAPK、NF-κB的表达均有显著差异(p-p38：F值=118.40,P<0.01；NF-κ B：F值=156.98,P<0.01).其中正常大鼠血清组p-p38MAPK和NF-κB表达与正常对照想比较无显著性差异(P>0.05);10%脓毒症大鼠血清刺激12h组p-p38MAPK和NF-κ B表达与正常对照比较显著性上调(P<0.01); UCP2-siRNA干扰+10%脓毒症大鼠血清刺激12h组p-p38MAPK和NF-κ B表达与10%脓毒症大鼠血清刺激12h组相比显著上调(P<0.01)；阴性siRNA转染+10%脓毒症大鼠血清刺激12h组与10%脓毒症大鼠血清刺激12h组并没有明显差异(P>0.05)。2、检测细胞上清液NO表达水平各组间NO表达水平经统计学检验差异显著(F值=65.01,P<0.01)。与正常对照组相比,脓毒症大鼠血清刺激12h组细胞上清液NO表达水平显著增加(P<0.01)；UCP2干扰处理后NO表达水平与脓毒症大鼠血清刺激组并没有明显差异(P>0.05)3、检测各种细胞裂解液MDA水平各组间细胞裂解液MDA表达水平经统计学检验差异显著(F值=66.37,P<0.01)。与正常对照组相比,脓毒症大鼠血清刺激12h组MDA表达水平显著增加(P<0.01);UCP2干扰处理后MDA表达水平与脓毒症大鼠血清刺激组相比显著增加(P<0.01)。4、各组细胞内具有绿色荧光出现,绿色荧光均匀分布于细胞内。正常对照组和正常大鼠血清组细胞内荧光微弱,各脓毒症血清刺激组细胞内荧光均较正常组有不同程度的增强,其中UCP2干扰组的绿色荧光强度最强,提示该组细胞内活性氧水平最高。结论1.本实验通过在体大鼠脓毒症模型,证实了脓毒症时心肌组织UCP2表达发生上调2.通过建立脓毒症心肌损伤体外模型,干扰UCP2表达可进一步促进NF-KB和MAPK中P-P38炎症通路的激活,同时细胞内氧化应激水平增强。3.UCP2参与脓毒症心肌病的发病机制,可能通过调控氧化应激和炎症通路起作用。