乙醛脱氢酶2在糖尿病大鼠心肌缺血/再灌注损伤中的作用及可能机制探讨

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目的:研究乙醛脱氢酶2(aldehyde dehydrogenase2,ALDH2)在糖尿病大鼠离体心肌缺血/再灌注损伤中的作用,探讨ALDH2的心肌保护作用与PI3K途径的关系,分析线粒体通透性转换孔道(mitoPTP)是否参与其中。方法:腹腔注射55mg/kg链脲佐菌素复制糖尿病大鼠模型,分为糖尿病组、糖尿病+ALDH2激动剂乙醇组。糖尿病+乙醇组于造模成功1周后给予2.5%乙醇日常饮用,1周后改为5%的乙醇持续至8周,8周后行离体心肌缺血/再灌注(I/R),并给予工具药干预,分为糖尿病+乙醇缺血/再灌注+氨基氰(cyanamide,CYA)干预组(DM+EtOH I/R+CYA);糖尿病+乙醇缺血/再灌注+苍术苷(atractyloside,Atr)干预组(DM+EtOH I/R+Atr);糖尿病+乙醇缺血/再灌注+沃曼青霉素(wortmannin,Wor)干预组(DM+EtOH I/R+Wor)。采用离体大鼠心脏Langendorf灌流方法,结扎冠状动脉左前降支30min和复灌120min复制局部缺血/再灌注损伤模型,测定左室心功能指标;分光光度法测定冠脉流出液中乳酸脱氢酶(lactatede hydrogenase,LDH)含量;称量大鼠体重、心脏湿重并计算心系数;自动生化分析仪测定大鼠空腹血糖、糖化血红蛋白水平;试剂盒测定心肌组织SOD活性、MDA含量、MPO活力,测定心肌组织Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9和ALDH2活性;电镜下观察心肌超微结构改变,RT-PCR技术检测ALDH2、Bcl-2、Bax的基因表达;WesternBlot方法测定ALDH2蛋白表达。结果:(1)大鼠一般状况:与正常对照组相比,糖尿病各组均有不同程度的体重减轻,精神不振,尿量增多,活动迟缓,体毛缺乏光泽等表现;DM+EtOH组以上情况得到不同程度的改善。(2)空腹血糖、糖化血红蛋白(HbA1c)水平:与正常对照组比较,DM组、DM+EtOH组空腹血糖水平明显升高(p<0.01),但DM组、DM+EtOH组之间血糖水平无显著性差异。与正常对照组比较,DM组、DM+EtOH组HbA1c水平均明显增高;与DM组比较,DM+EtOH组HbA1c水平降低(p<0.05)。(3)心系数:同正常对照组相比,DM组及DM+EtOH组大鼠体重、心脏重量明显减轻,心系数增加(p<0.01);与DM组相比,DM+EtOH组心脏重量减轻(p<0.05),心系数降低(p<0.01)。(4)左室心功能指标:正常大鼠I/R组缺血后左心室发展压(left ventriculardeveloped pressure,LVDP)、左室内压最大上升速率/下降速率(±dp/dtmax)、左室做功(rate pressure product,RPP)下降,左室舒张末压(left ventricular end diastolicpressure,LVEDP)抬高,复灌期间LVDP、±dp/dtmax、RPP下降明显,LVEDP明显抬高。与正常大鼠I/R组相比,DM I/R组LVDP、±dp/dtmax、RPP下降明显(p<0.05,p<0.01),LVEDP明显抬高(p<0.01);与DM I/R组相比,DM+EtOH I/R组明显抑制了复灌期间LVDP、±dp/dtmax、RPP的下降和LVEDP的抬高(p<0.01),与DM+EtOH I/R组相比,DM+EtOH+CYA I/R组、DM+EtOH+Atr I/R组、DM+EtOH+Wor I/R组均促进了缺血及复灌期间LVDP下降,并明显抬高了LVEDP(p<0.05,p<0.01)。(5)冠脉流出液中LDH含量:与正常大鼠I/R组相比,DM I/R组复灌初期冠脉流出液中LDH的释放明显增加(p<0.01),与DM I/R相比,DM+EtOH I/R组LDH含量降低(p<0.01);与DM+EtOH I/R相比,DM+EtOH+CYAI/R组、DM+EtOH+AtrI/R组、DM+EtOH+Wor I/R组明显增加了LDH的释放(p<0.01)。(6)心肌组织MDA含量、SOD活性、MPO活力:与正常大鼠I/R相比,DM I/R组MDA含量、MPO活力明显增加(p<0.01),SOD活性明显降低(p<0.01);与DM I/R组相比,DM+EtOH I/R组MDA含量、MPO活力明显降低(p<0.01),SOD活性明显增加(p<0.01);与DM+EtOH I/R组相比,DM+EtOH+CYA I/R组、DM+EtOH+Atr I/R组、DM+EtOH+Wor I/R组均增加了MDA含量、MPO活力(p<0.01),降低SOD活性(p<0.01)。(7)心肌组织Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9活性:与正常大鼠I/R相比,DMI/R组Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9活性明显增加(p<0.01);与DM I/R组相比,DM+EtOH I/R组Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9活性明显降低;与DM+EtOHI/R组相比,DM+EtOH+CYA I/R组、DM+EtOH+Atr I/R组、DM+EtOH+Wor I/R组均能使Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9活性增加(p<0.01)。(8)大鼠心肌超微结构:正常大鼠I/R心肌肌原纤维排列模糊,可见肌节断裂;线粒体肿胀、膜不完整,部分线粒体嵴断裂、消失,有空泡形成。DM I/R组心肌细胞肌原纤维溶解,线粒体肿胀,膜破裂,线粒体嵴溶解、多数空泡形成;DM+EtOHI/R组心肌肌原纤维排列较整齐,部分模糊;线粒体膜完整,部分可见嵴模糊;DM+EtOH+CYA I/R组、DM+EtOH+Atr I/R组、DM+EtOH+Wor I/R组肌原纤维排列模糊,肌小节断裂;线粒体膜肿胀、不完整,可见嵴断裂、消失,有空泡形成。(9)大鼠心肌组织Bcl-2、Bax的mRNA表达:与正常大鼠I/R相比,DM I/R组心肌组织Bcl-2mRNA表达降低(p<0.01),Bax mRNA表达增强(p<0.01),Bcl-2/Bax比值减少(p<0.01);与DM I/R相比,DM+EtOH I/R组心肌组织中Bcl-2mRNA表达有所增强(p<0.01),Bax mRNA表达降低(p<0.01),Bcl-2/Bax比值增加(p<0.01);与DM+EtOH I/R组相比,DM+EtOH+CYAI/R组、DM+EtOH+AtrI/R组、DM+EtOH+Wor I/R组均使Bcl-2mRNA表达降低(p<0.01),Bax mRNA表达增强(p<0.01),Bcl-2/Bax比值减少(p<0.05,p<0.01)。(10)ALDH2活性、ALDH2mRNA和蛋白表达:与正常大鼠I/R相比,DM I/R组ALDH2活性、ALDH2mRNA和蛋白表达明显降低(p<0.01);与DM I/R组相比,DM+EtOH I/R组ALDH2活性、ALDH2mRNA和蛋白表达明显增加(p<0.01);与DM+EtOH I/R组相比,DM+EtOH+CYAI/R组、DM+EtOH+Atr I/R组、DM+EtOH+Wor I/R组均能使ALDH2活性、ALDH2mRNA和蛋白表达降低(p<0.01)。结论:(1)增强ALDH2在糖尿病大鼠中的表达对心肌缺血/再灌注损伤有明显的保护作用,ALDH2活性降低、表达下调可致心肌损伤加重。(2)激动ALDH2可能通过活化PI3K-Akt信号通路,抑制mitoPTP的开放发挥心肌保护作用。(3)激动ALDH2通过死亡受体途径及线粒体途径参与心肌细胞凋亡的调节。ALDH2可能通过上调Bcl-2、下调Bax的表达,阻止mitoPTP的开放,抑制线粒体细胞色素C释放,抑制下游Caspase的激活发挥抗凋亡作用。
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