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目的黄素腺嘌呤二核苷酸(flavin adenine dinucleotide,FAD)作为黄素类蛋白的辅助因子,参与短链酰基辅酶A脱氢酶(short chain acyl-Co A dehydrogenase,SCAD)催化氧化还原反应中的电子转移。前期研究表明,SCAD对病理性心肌肥厚和心肌纤维化具有负性调控作用,激活SCAD有可能成为干预病理性心肌肥厚和心肌纤维化的重要环节之一。研究表明,FAD在体内和体外具有调节SCAD生物学活性的作用,然而,FAD是否能够激活心脏SCAD表达或酶活性,从而防治病理性心肌肥厚和心肌纤维化尚不清楚。本文旨在观察FAD对病理性心肌肥厚和心肌纤维化的影响,探究FAD通过激活SCAD促进脂肪酸β氧化,改善病理性心肌肥厚和心肌纤维化的作用,为病理性心肌肥厚以及心肌纤维化的防治提供新思路。方法1.采用FAD预处理30 min,再加入苯肾上腺素(Phenylephrine,PE)刺激心肌细胞24 h。HE染色后测量心肌细胞表面积。Western Blot检测SCAD蛋白表达水平。通过PCR分别检测SCAD、ANF、BNP的m RNA表达水平,同时采用各试剂盒分别检测SCAD酶活性,ATP、游离脂肪酸和BNP的含量。2.采用FAD预处理30 min,再加入血管紧张素Ⅱ(AngiotensinⅡ,AngⅡ)刺激心脏成纤维细胞36 h。Western Blot检测SCAD、CollagenⅠ、collagenⅢ、α-SMA的蛋白表达水平,PCR分别检测SCAD、CollagenⅠ、collagenⅢ、α-SMA的m RNA表达水平,同时通过试剂盒检测SCAD酶活性,ATP和游离脂肪酸的含量以及细胞增殖率。3.采用12周龄的雄性自发性高血压大鼠(spontaneously hypertensive rats,SHR),尾静脉注射FAD治疗10周,期间间隔两周进行一次血压和心率的测量。采用Western Blot检测SCAD、CollagenⅠ、collagenⅢ和α-SMA的蛋白表达,通过PCR分别测定SCAD、ANF、BNP、CollagenⅠ、collagenⅢ和α-SMA的m RNA表达水平。通过各试剂盒分别检测心肌中SCAD酶活性、ATP、羟脯氨酸和游离脂肪酸含量,以及血清游离脂肪酸含量。采用荧光染色法进一步验证心肌SCAD的蛋白表达水平,同时检测心肌活性氧含量水平。通过超声心动图和组织学方法观察心脏的形态学和纤维化程度。4.通过分子动力学模拟观察FAD对SCAD结构的动力学影响,通过与初始晶体学结构进行比较,提取相关数据并计算出蛋白结构的均方根偏差(RMSD)、回转半径(Rg),以及底物催化口袋的体积和RMSD的变化。结果1.与对照组相比,PE诱导的心肌细胞表面积显著增大,肥大标志基因ANF、BNP的m RNA表达均明显升高,SCAD的m RNA、蛋白表达、酶活性以及及细胞ATP含量均显著降低,游离脂肪酸和BNP均量明显升高。相比于PE组,PE+FAD组的心肌细胞表面积显著减小,肥大标志基因ANF、BNP m RNA表达均显著降低,SCAD的m RNA、蛋白表达、酶活性以及细胞ATP含量均显著增加,游离脂肪酸和BNP含量均明显降低。2.与对照组相比,Ang II诱导的心脏成纤维细胞ATP含量以及SCAD的m RNA、蛋白表达、酶活性均显著降低,细胞增殖率、脂肪酸含量均显著增加,同时collagenⅠ、collagenⅢ、α-SMA的m RNA和蛋白表达均明显增加。与Ang II组相比,Ang II+FAD组的心脏成纤维细胞的ATP含量以及SCAD的m RNA、蛋白表达、酶活性均显著增加,细胞增殖率和脂肪酸含量均显著降低,同时collagenⅠ、collagenⅢ、α-SMA的m RNA和蛋白表达均明显降低。3.相比于正常给药组,SHR组大鼠收缩压和心率均明显升高,超声心动图和心脏形态学分析显示明显的心肌肥厚和纤维化。心肌中肥厚标志基因ANF和BNP的m RNA表达均明显升高;胶原因子collagen I、collagen III和α-SMA的m RNA和蛋白表达均明显升高,同时ATP、游离脂肪酸、羟脯氨酸、ROS和BNP的含量也明显升高,SCAD的m RNA、蛋白表达、酶活性均显著降低。与SHR组相比,经过FAD治疗10周后的SHR,其收缩压和心率均明显降低,超声心动图和心脏形态学分析显示心肌肥厚和纤维化得到明显改善。心肌中肥厚标志基因ANF和BNP的m RNA表达均明显降低;胶原因子collagen I、collagen III和α-SMA的m RNA和蛋白表达均明显降低,同时ATP、游离脂肪酸、羟脯氨酸、ROS和BNP的含量也明显降低,SCAD的m RNA、蛋白表达、酶活性均显著增加。4.相比于APO,FAD-SCAD分子体系的RMSD显示SCAD二聚体和底物口袋更稳定,同时Rg值表明SCAD分子体系的紧密度更高。进一步分析表明,FAD通过与结合位点中氨基酸残基的成键作用维持催化口袋的稳定,防止底物催化口袋的塌陷。结论SCAD活性下调对心肌肥厚及心肌纤维化呈负性调节作用。FAD可能通过激活SCAD,促进细胞能量代谢,从而抑制病理性心肌肥厚和心肌纤维化。