脂滴包被蛋白Perilipin缺失小鼠心肌肥厚研究

Perilipin包被在细胞内脂滴表面形成分子屏障，阻挡脂肪酶接触和分解甘油三酯，蛋白下调或磷酸化削弱其屏障功能，使脂肪分解增强。Perilipin缺失小鼠脂肪水解和脂肪酸释放明显增加，并伴有胰岛素抵抗。不久前我们意外发现该小鼠还存在一种以前未曾观察过的表型，即心肌肥厚。Perilipin只存在于脂肪细胞和富含脂滴的甾体生成细胞，不在骨骼肌和心肌细胞表达。这种特异存在于脂肪而非心肌组织的蛋白质的缺失，为何会导致心脏器官的心肌肥厚？这种心肌肥厚的组织病理学特征和心功能改变如何？脂肪酸是心脏的主要供能物质。糖尿病伴发的代谢性心肌肥厚可能与心肌能量代谢异常有关。值得注意的是糖尿病患者常伴有高游离脂肪酸浓度血症，而perilipin缺失小鼠脂肪分解增加，进而血浆游离脂肪酸浓度升高。我们推测，perilipin缺失所致的脂肪酸代谢异常可引发心肌能量代谢异常，参与心肌肥厚的形成。

背景：脂肪组织是机体最主要的储能器官，调控着机体能量代谢的平衡。脂滴包被蛋白perilipin 1在脂肪组织高表达，在脂滴的形成、成熟及脂肪分解过程中发挥重要调控作用。Perilipin 1基因敲除小鼠脂肪组织减少，基础脂肪分解增强，使得脂肪酸释放增加。正常成年心脏以脂肪酸为主要的供能物质。在代谢性疾病如肥胖及糖尿病常常伴发心肌肥厚及心功能下降，其机制与心肌脂肪酸代谢增强相关。本课题以perilipin 1基因敲除小鼠为模型，探讨脂肪组织功能异常(脂肪组织减少和脂肪分解增强)对心肌脂肪酸代谢的影响，并可导致心肌结构及功能的异常。..方法和结果：Plin1 -/-小鼠心脏重量增加，组织学染色显示其心肌细胞肥大及心肌纤维化。小鼠心动超声及左心室插管方法证实Plin1 -/-小鼠心脏收缩及舒张功能下降。我们进一步研究其发生机制，Western blot结果显示Plin1 -/-小鼠心肌脂肪酸转运体CD36及FATP1蛋白表达增加；体外同位素示踪方法显示心肌线粒体脂肪酸-氧化能力增强，其机制主要与线粒体CPT-1活性增高及线粒体-氧化相关酶蛋白表达上调有关。油红O染色及透射电镜结果显示Plin1 -/-小鼠心肌脂质蓄积。通过酶学方法检测，我们发现其心肌内脂肪酸和甘油三酯含量显著增多，后者主要与甘油三酯合成关键酶DGAT1及DGAT2蛋白表达增高及甘油三酯水解限速酶HSL和ATGL蛋白表达下降相关。Plin1 -/-小鼠心肌脂肪酸氧化代谢增强，ROS产生增多；同时，酶学测定结果显示其心肌过氧化氢酶(CAT)活性及GSH/GSSG比值均显著下降，心肌过氧化脂质产物丙二醛含量增多。Plin1 -/-小鼠心肌脂质蓄积及氧化应激引起线粒体损伤，并且使得心肌内ATP的生成减少。AMP/ATP比值的升高，导致细胞内能量感受器—AMPK的激活，引起下游靶蛋白ACC2被磷酸化。在Plin1 -/-小鼠心肌肥厚过程中，MAPK信号通路以及AKT通路的活化发挥了重要作用。..结论：Perilipin 1基因敲除小鼠脂肪组织功能异常，引起心肌肥厚及心功能下降，其机制是由于心肌内脂肪酸代谢紊乱(脂肪酸摄取及-氧化增强)，导致心肌脂质蓄积、氧化应激及能量失平衡所介导。