低氧诱导因子-1α调控心肌细胞自噬和凋亡与急性心肌梗死患者预后的关系及机制研究

来源 :中国医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zmyswzzxp123654
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目的:1、急性心肌梗死患者发病前的健康状况、发病时的临床特征、治疗策略和方案以及治疗后的生活方式改变、用药依从性等各种因素,对远期预后会产生不同性质和程度的影响。本研究为前瞻性队列研究,描述和比较观察急性心肌梗死患者基本特征、冠脉病变特征、冠状动脉粥样硬化负担以及患者一年、五年终点事件发生情况及其影响因素,旨在探索新的预后指标,为预测急性心肌梗死患者的预后、指导优化诊疗策略提供客观依据。2、根据第一部分研究发现,探讨急性心肌梗死患者PCI治疗后剩余冠状动脉粥样硬化负担对远期预后的影响及临床意义。针对动脉粥样硬化负担导致冠心病患者持续存在不同程度的心肌缺氧状态,以剩余Gensini评分量化动脉粥样硬化负担反映心肌缺氧程度,探索持续存在的不同程度心肌缺氧对远期预后的影响。3、缺氧诱导因子1α(hypoxia-inducible factor 1,HIF-1α)是细胞适应缺氧的主要转录因子和核心调控器,参与调控能量供给、自噬、凋亡以及其他缺氧适应性反应,对器官组织结构、功能和代谢产生短期和长期的影响。根据前两部分的研究结果,针对AMI患者PCI治疗后心肌细胞仍存在不同程度缺氧,探索急性心肌梗死患者血清中HIF-1α、自噬相关蛋白Beclin-1以及凋亡相关蛋白Bcl-2水平与急性心肌梗死患者远期预后的关系和临床意义。4、通过H9C2大鼠心肌细胞实验,模拟不同临床状态,探索不同缺氧状态下HIF-1α调节心肌细胞自噬与凋亡的内在机制。研究方法:1、第一部分为急性心肌梗死患者的前瞻性队列研究,以及一年及五年的随访结果及预后研究。连续入选2012年12月至2014年6月急性心肌梗死患者。研究通过伦理委员会同意,入选患者均签署知情同意书。完成基线入组,收集记录人口资料、既往状况、临床特征、实验室指标以及治疗情况。全部病例均接受PCI治疗,出院后进行1个月、1年及5年随访,包括生活状况、生活方式改变、运动情况、用药情况、用药依从性及MACE事件(全因死亡、非致死性心肌梗死、非计划性冠脉血运重建、心力衰竭、心绞痛以及脑卒中等)。通过单变量分析,利用Kaplan-Meier法描绘生存曲线,Log-rank检验比较生存曲线是否存在差异。采用单因素Cox回归分析,根据α=0.10的水准筛选出潜在预后影响因素,筛选出的全部因素纳入Cox回归模型,进行多因素分析。统计学检验水准规定在α=0.05水平。所有统计分析均采用IBM SPSS 25.0统计软件进行分析。2、根据第一部分研究发现,rGS可以量化剩余冠状动脉粥样硬化负担,是急性心肌梗死PCI治疗后五年MACE的独立预测因子。第二部分以rGS中位数分组,比较高、低rGS两组之间基线特征、死亡率以及MACE发生率。利用Kaplan-Meier法描绘生存曲线,Log-rank检验比较一年和五年的死亡与MACE之间的差异。采用单因素Cox回归分析,根据α=0.10的水准筛选出潜在预后影响因素,筛选出的全部因素纳入Cox回归模型,进行多因素分析。统计学检验水准规定在α=0.05水平。所有统计分析均采用IBM SPSS 25.0统计软件进行分析。3、应用ELISA方法检测入组患者血清中HIF-1α、自噬相关蛋白Beclin-1以及凋亡相关蛋白Bcl-2水平。将HIF-1α、Beclin-1以及Bcl-2作为生物标记物,中位数水平分为高、低浓度组。比较高、低浓度组之间基线特征、死亡率以及MACE发生率。探索它们与AMI患者、远期预后的关系及预测价值。利用Kaplan-Meier法描绘生存曲线,Log-rank检验差异。采用单因素Cox回归分析,根据α=0.10的水准筛选出潜在预后影响因素,筛选出的全部因素纳入Cox回归模型,进行多因素分析。统计学检验水准规定在α=0.05水平。所有统计分析均采用IBM SPSS 25.0统计软件进行分析。4、应用H9C2大鼠心肌细胞,通过质粒构建及转染建立过表达HIF-1α的心肌细胞细胞模型。应用RNA沉默技术建立敲减HIF-1α的细胞模型。分别在常氧、低氧、复氧、低复氧等不同缺氧状态下培养,通过Western Blot蛋白印记方法检测细胞蛋白量表达,检测HIF-1α、自噬相关蛋白(Beclin-1、LC3、p62)以及凋亡相关蛋白(Bcl-2、Caspase-3、Bax、BNIP3),进行比较分析。结果:1、研究总共249名急性心肌梗死患者入组,一个月随访死亡2人(0.8%),MACE事件发生2人(0.8%);一年随访死亡7人(2.8%),MACE事件发生55次(22.1%);五年随访死亡27人(10.8%),MACE事件发生97人(38.9%)。终点事件为一年MACE时,单因素Cox回归分析显示,年龄(P<0.001)、EF(P=0.017)、rGS(P<0.001)、delta GS(P=0.005)、完全再血管化(P<0.001)、冠状动脉病变支数(P=0.039)、慢性肾功能不全(P=0.002),可能为一年MACE的独立影响因素。筛选因素纳入Cox多因素回归模型中,年龄(HR=1.031,95%CI:1.004-1.058,P=0.024)、EF(HR=0.969,95%CI:0.940-0.999,P=0.040)、delta GS(HR=0.984,95%CI:0.972-0.997,P=0.013)、完全再血管化(HR=0.381,95%CI:0.162-0.898,P=0.027)是一年MACE的独立影响因素。终点事件为五年MACE时,单因素Cox回归显示,年龄(P<0.001)、EF(P<0.001)、rGS(P<0.001)、完全再血管化(P=0.003)、脑卒中病史(P=0.012)、慢性肾功能不全(P=0.002)、BMI(P=0.043),可能为五年MACE的独立影响因素。筛选因素纳入Cox多因素回归模型中,EF(HR=0.972,95%CI:0.950-0.995,P=0.015)、rGS(HR=1.009,95%CI:1.001-1.018,P=0.025)是五年MACE发生率的独立影响因素。2、按照rGS中位数分为两组。与低rGS组(rGS≤11)组比较,高rGS组(rGS>11)年龄大(62.0 vs.59.0,P<0.001)、合并慢性肾功能不全及脑卒中的比例高(16.0%vs.6.2%,P=0.013;18.5%vs.8.5%,P=0.020);单支病变比例低(14.3%vs.67.7%,P<0.001)、完全再血管化的比例低(15.1%vs.81.5%,P<0.001)。分期PCI治疗的比例低(7.6%vs.19.6%,P=0.025)。高rGS组MACE发生高于低rGS组,其中一年MACE、五年MACE、五年死亡率两组间的差异具有统计学意义,高rGS组一年死亡率高于低rGS组,差异没有统计学意义。绘制Kaplan-Meier生存曲线,高rGS组一年累积MACE发生率高于低rGS组,(28.6%vs.16.2%,χ2=6.114,P=0.013);高rGS组五年累积MACE发生率高于低rGS组,(47.9%vs.30.8%,χ2=8.609,P=0.003);高rGS组五年累计死亡率高于低rGS组,(15.1%vs.6.9%,χ2=4.497,P=0.034)。单因素Cox回归分析,rGS、delta GS,为一年MACE事件独立影响因素;rGS为五年MACE和死亡独立影响因素。多因素Cox回归分析,年龄(HR=1.031,95%CI:1.004-1.058,P=0.024)、EF(HR=0.969,95%CI:0.940-0.999,P=0.040)、delta GS(HR=0.984,95%CI:0.972-0.997,P=0.013)、完全再血管化(HR=0.381,95%CI:0.162-0.898,P=0.027)是一年MACE的独立影响因素;EF(HR=0.972,95%CI:0.950-0.995,P=0.015)、rGS(HR=1.009,95%CI:1.001-1.018,P=0.025)是五年MACE的独立影响因素;年龄(HR=1.044 95%CI:1.005-1.084,P=0.027)以及EF(HR=0.975,95%CI:0.921-0.994,P=0.027)是五年死亡的独立影响因素。3、两组比较,一年MACE组血清HIF-1α、Bcl-2浓度值低,Beclin-1浓度高,(P<0.001)。五年MACE组血清HIF-1α、Bcl-2浓度值低,Beclin-1浓度高,(P<0.001)。五年死亡组血清Bcl-2浓度值低,(P<0.001);HIF-1α、Beclin-1浓度略低,无统计学差异。绘制Kaplan-Meier生存曲线,高HIF-1α组一年累积MACE发生率低,(5.6%vs.38.4%,χ2=38.032,P<0.001);高Beclin-1组一年累积MACE发生率高,(31.5%vs.12.8%,χ2=13.085,P<0.001);高Bcl-2组一年累积MACE发生率低,(12.9%vs.31.2%,χ2=12.089,P=0.001)。高HIF-1α组五年累积MACE发生率低,(7.3%vs.70.4%,χ2=104.272,P<0.001);高Beclin-1组五年累积MACE发生率高,(50.8%vs.27.2%,χ2=16.227,P<0.001);高Bcl-2组一年累积MACE发生率低,(18.5%vs.59.2%,χ2=41.315,P<0.001)。高HIF-1α组五年累积死亡率低,(3.2%vs.18.4%,χ2=14.596,P<0.001);高Bcl-2组五年累积死亡率低,(4.0%vs.17.6%,χ2=11.51,P=0.001)。单因素Cox回归分析,终点事件为一年、五年MACE时,HIF-1α、Bcl-2、Beclin-1均为MACE的独立影响因素;终点事件为五年死亡时,HIF-1α、Bcl-2为五年死亡的独立影响因素。多因素Cox回归分析,年龄(HR=1.031,95%CI:1.004-1.058,P=0.022)、rGS(HR=1.036,95%CI:1.019-1.054,P<0.001)、HIF-1α(HR=0.019,95%CI:0.005-0.074,P<0.001)、Bcl-2(HR=0.738,95%CI:0.615-0.085,P=0.001)是一年MACE的独立影响因素;年龄(HR=1.029,95%CI:1.008-1.050,P=0.007)、rGS(HR=1.039,95%CI:1.027-1.052,P<0.001)、完全再血管化(HR=0.533,95%CI:0.307-0.927,P=0.026)、HIF-1α(HR=0.010,95%CI:0.004-0.028,P<0.001)、Bcl-2(HR=0.658,95%CI:0.579-0.747,P<0.001)、Beclin-1(HR=1.376,95%CI:1.045-1.790,P=0.023)是五年MACE的独立影响因素;rGS(HR=1.026,95%CI:1.009-1.043,P=0.003)、慢性肾功能不全(HR=3.513,95%CI:1.434-8.609,P=0.006)、HIF-1α(HR=0.177,95%CI:0.046-0.673,P=0.011)、Bcl-2(HR=0.667,95%CI:0.509-0.875,P=0.003)是五年死亡的独立影响因素。4、常氧组、低氧组、低氧复氧组、低氧低复氧组过表达HIF-1α和敲减表达HIF-1α,HIF-1α的表达程度有显著差异,(P<0.05)。低氧组、低氧复氧组、低氧低复氧组HIF-1α的表达程度高于常氧组,(P<0.05),差异显著。低氧复氧组、低氧低复氧组HIF-1α的表达程度高于低氧组,(P<0.05),差异显著。低氧复氧组与低氧低复氧组HIF-1α的表达程度无显著差异。常氧组、常氧过表达HIF-1α组、常氧敲减表达HIF-1α组BNIP3的表达程度无差异。低氧低复氧敲减表达HIF-1α组BNIP3的表达程度低于低氧过表达HIF-1α组、低氧复氧过表达HIF-1α组、低氧低复氧过表达HIF-1α组,(P<0.05),有显著差异。低氧、低氧复氧、低氧低复氧条件下,过表达HIF-1α,BNIP3的表达无差异,(P<0.05)。常氧组Beclin-1的表达程度与低氧敲减表达HIF-1α组、低氧复氧敲减表达HIF-1α组以及低氧低复氧敲减表达HIF-1α组的表达程度,无差异。与低氧复氧组、低氧低复氧组的表达程度无差异。常氧组Beclin-1的表达程度低于低氧过表达HIF-1α组、低氧复氧过表达HIF-1α组、低氧低复氧过表达HIF-1α组,(P<0.05),有显著差异。常氧组、常氧过表达HIF-1α组、常氧敲减表达HIF-1α组LC3的表达程度无差异。低氧组、低氧复氧组、低氧低复氧组、低氧过表达HIF-1α组、低氧复氧过表达HIF-1α组、低氧低复氧过表达HIF-1α组、低氧敲减表达HIF-1α组、低氧复氧敲减表达HIF-1α组以及低氧低复氧敲减表达HIF-1α组的表达程度均高于常氧组,(P<0.05),有显著差异。常氧组、低氧组、低氧复氧组、低氧低复氧组p62的表达程度无差异。常氧组p62的表达程度高于常氧过表达HIF-1α组、低氧过表达HIF-1α组、低氧复氧过表达HIF-1α组、低氧低复氧过表达HIF-1α组,(P<0.05),有显著差异。常氧组p62的表达程度高于低氧敲减表达HIF-1α组、低氧复氧敲减表达HIF-1α组、低氧低复氧敲减表达HIF-1α组(P<0.05),有显著差异。常氧组Bcl-2表达程度高于低氧过表达HIF-1α和敲减表达HIF-1α组、低氧复氧敲减表达HIF-1α组、低氧低复氧敲减表达HIF-1α组,(P<0.05),差异有显著性。与其他组无差异。常氧组Bax表达程度低于低氧低复氧组(P=0.0134)、低氧低复氧过表达HIF-1α(P<0.0001)和敲减表达HIF-1α组(P<0.0001),差异有显著性。与其他组无差异。常氧过表达HIF-1α组Bax表达程度高于低氧复氧组(P=0.0115),低于低氧低复氧过表达HIF-1α(P=0.0057)和敲减表达HIF-1α组(0.0185),差异有显著性;与低氧低复氧组无差异(P=0.9568)。常氧组Caspase-3表达程度低于低氧组、低氧复氧敲减表达HIF-1α组、低氧低复氧组、低氧低复氧过表达HIF-1α和敲减表达HIF-1α组,(P<0.05),差异有显著性。与其他组无差异。经Pearson检验相关性,HIF-1α的表达与BNIP3、Beclin-1、LC3、p62相关,(P<0.05);BNIP3的表达与HIF-1α、Beclin-1、LC3、p62相关,(P<0.05);Beclin-1的表达与HIF-1α、BNIP3、p62相关,(P<0.05);LC3表达与BNIP3、Bax、Caspase-3相关,(P<0.05);p62表达与HIF-1α、BNIP3、beclin-1相关,(P<0.05);Bax表达与Caspase-3、LC3相关,(P<0.05);Caspase-3表达与LC3、Bax相关,P<0.05;Bcl-2表达与其他都不相关。结论:1、年龄、EF值、是否合并慢性肾功能不全、是否为冠脉三支病变等常用的临床指标,在本研究中对一年及五年的MACE事件有预测价值,可为临床决策起到评估和指导作用。是否完全再血管化以及rGS评价了AMI患者PCI治疗后残余动脉粥样硬化负荷,一年及五年的MACE有很好的预测价值。首次发现rGS量化急性心肌梗死患者PCI治疗后动脉粥样硬化的残余负荷,是五年MACE的独立风险因素,rGS可能成为评判心肌缺血缺氧程度的量化标尺,进一步的全面研究将有助于做出治疗急性心肌梗死更优化的临床决策。2、针对动脉粥样硬化负担导致冠心病患者持续存在不同程度的心肌缺氧,rGS作为测量AMI患者残余动脉粥样硬化负担的新工具,反映心肌持续缺氧的程度,是预测急性心肌梗死后5年MACE的独立影响因素,对远期的临床转归具有预测价值。3、HIF-1α、Bcl-2、Beclin-1作为生物标记物与急性心肌梗死患者远期预后存在内在关系,有潜力成为新的预测急性心肌梗死五年MACE和死亡的独立影响因子。缺氧环境下HIF-1α对自噬和凋亡有内在影响,平衡缺氧下心肌细胞的反应状态和代偿能力,决定心肌细胞是否能够存活。急性缺氧下心肌可能通过增加自噬、抑制凋亡的代偿机制存活。4、HIF-1α、BNIP3、LC3、Bax、Caspase-3对缺氧敏感,Beclin-1、p62、Bcl-2对缺氧不敏感。HIF-1α的表达与BNIP3以及自噬蛋白Beclin-1、LC3、p62相关,Bcl-2表达与其他都不相关。缺氧状态下HIF-1α通过调控BNIP3,进一步调控自噬;缺氧状态下自噬与凋亡有交联,互相影响,决定于缺氧持续时间和缺氧程度,缺氧时间长、程度重,凋亡增量更大,细胞活力下降;缺氧时间短、程度轻,自噬增量更大,细胞活力增高。缺氧时,HIF-1α主导调控BNIP3的激活表达,BNIP3、自噬以及凋亡相关蛋白同时受其他因子调控。心肌细胞适应缺氧是一个多途径调控的平衡结果,HIF-1α/BNIP3调控自噬与凋亡是其中途径之一。
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