PGC-1α介导的线粒体新生与调节ROS介导的氧化应激在MT抗DOX心肌线粒体毒性中的作用

阿霉素(DOX)是临床常用抗肿瘤药物，其心肌毒性限制了它的临床应用。前期研究表明，金属硫蛋白(MT)对DOX心肌毒性具有明显的保护作用, 但其作用靶位与机制不清。本课题应用MT基因敲除(MT-/-)与野生型(MT+/+)小鼠模型及其体外原代培养心肌细胞，从亚细胞器水平揭示MT的作用靶标，探讨MT抗DOX诱导心肌线粒体毒性损伤的保护效应及其作用机制。比较MT正常表达与缺失条件下DOX诱导心肌线粒体损伤特征，确证MT对DOX心肌线粒体损伤的保护作用；采用细胞免疫化学和活细胞成像等技术方法，观察MT不同表达水平对DOX致线粒体新生抑制及线粒体ROS形成的影响，重点阐明PGC-1α介导的线粒体新生调节和调节线粒体ROS介导的氧化应激在MT抗DOX心肌线粒体毒性中的作用，以及两者之间的相互关系。为阐明MT的生物学作用，以及为阐明MT对DOX心肌毒性保护机制及开发MT的实际应用提供重要的实验依据。

阿霉素（DOX）是一种临床上最为常用的广谱、高效的蒽醌类抗肿瘤药物，但其心脏毒性严重限制了它的临床应用。金属硫蛋白（MT）是一类富含半胱氨酸的低分子量非酶蛋白，心肌组织中主要包括MT- I和MT- II两种异构形式（MT-I/II）。前期研究表明，MT对DOX诱导的心肌毒性具有明显的保护作用，并提示线粒体可能是MT心肌保护作用的重要靶标，但其具体作用机制尚不清楚。本项目应用MT基因敲除（MT-/-）和相应的野生型（MT+/+）小鼠动物模型及其来源的原代培养的小鼠心肌细胞，以及人源心肌细胞（AC 16），通过体外和体内实验，重点从过氧化物酶增殖体激活受体γ-共激活因子（PGC-1a）介导的线粒体新生和活性氧自由基（ROS）介导的线粒体氧化应激调节角度，深入探讨MT对DOX诱导的心肌线粒体毒性的作用及其可能机制。主要研究结果有：① 主要通过体内实验比较MT存在及缺失条件下DOX诱导的心肌线粒体损伤特征，证实了MT对DOX诱导的心功能紊乱和心肌线粒体毒性的保护作用，进一步提示线粒体可能是MT心肌保护保护作用的重要靶点；② 综合应用Western blot、RT-PCR和基因沉默等技术，阐明线粒体新生抑制是DOX引起心脏毒性的重要诱因，证实MT对DOX诱导线粒体毒性的保护作用与PGC-1a介导的线粒体新生密切相关；③ 应用线粒体特异性荧光标记等方法，证实MT可抑制DOX诱导的心肌细胞线粒体ROS生成增加和线粒体功能改变，其机制可能与保护线粒体抗氧化物防御系统有关；④ 主要通过体外实验证实PGC-1α介导的信号通路对DOX诱导的心肌线粒体氧化应激也有着重要作用，提示PGC-1a可能是防治DOX心肌毒性的潜在重要靶点。此外，谷胱甘肽（GSH）等抗氧化剂不能补偿MT缺失而引起的DOX心肌线粒体毒性加剧，提示MT在整个心肌防御保护系统中的作用。这些研究结果明确了MT对DOX心肌线粒体毒性的保护作用，阐明PGC-1α介导的线粒体新生与调节线粒体ROS介导的氧化应激在MT抗DOX心肌线粒体毒性中的作用，揭示MT调节线粒体新生以及清除ROS的作用机制，提示PGC-1a可能是防治DOX心脏毒性的重要潜在靶点。对于阐明MT抗氧化损伤的细胞与分子机制具有重要意义，为深入认识MT的生物学作用及DOX心脏毒性防治药物研究提供了重要的理论基础和实验依据。