细胞色素b对代谢综合征大鼠心肌损伤的影响及其调控线粒体自噬PINK/PARKIN通路的分子机制研究

The leading consequence of the metabolic syndrome (MS) is the increase of cardiovascular disease morbidity and mortality. Cytochrome b (Cytb) is a core subunit of mitochondrial respiratory chain complex III and plays a role in energy metabolism of cardiomyocytes and also regulates the cardiac function by affecting the production of reactive oxygen species and mitophagy. Our previous study found that Cytb was significantly increased in cardiomyocytes of MS rats. Oxidative stress injury was observed and the autophagy marker of LC3 also changed. Therefore, we hypothesized that abnormal Cytb would lead to energy metabolism disorders and oxidative damage in cardiomyocytes. It can regulate the mitophagy through the PINK/PARKIN signaling pathway and lead to myocardial injury in MS. This project intends to establish Cytb-KO and Cytb-OE MS rat models by lentivirus injection in vivo and then observe the cardiac function, morphology, energy metabolism, oxidative stress and mitophagy. At the same time, we would establish Cytb-KO, Cytb-OE and inhibitor pretreatment H9C2 myocardial cell model by lentivirus transfection in vitro to detect the change of PINK/PARKIN pathway, and clarify the molecular mechanism of myocardial injury in MS, which will provide theoretical basis for the prevention and treatment of cardiovascular disease in MS.

代谢综合征（MS）最主要的危害是使心血管疾病的患病率和死亡率明显增加。细胞色素b（Cytb）是线粒体呼吸链复合体III的核心亚基，参与心肌细胞能量代谢，并通过调节活性氧的产生、线粒体生物合成与自噬等过程影响心脏功能。我们的前期研究发现，MS大鼠心肌细胞Cytb的表达显著升高，同时出现氧化损伤和细胞自噬标记LC3的改变。因此我们提出假设：Cytb异常可引起心肌细胞能量代谢障碍和氧化损伤，并通过影响PINK/PARKIN信号通路，调控线粒体自噬，导致MS心肌损伤。本项目拟通过慢病毒在体注射建立Cytb沉默和过表达MS大鼠模型，观察心功能和心肌细胞的形态学改变，检测其对心肌细胞能量代谢、氧化应激和线粒体自噬的影响；同时应用H9C2心肌细胞株建立Cytb沉默、过表达及功能抑制细胞模型，检测线粒体自噬通路PINK/PARKIN的变化，阐明MS心肌损伤的分子机制，为MS心血管疾病的防治提供理论依据。

代谢综合征（MS）是多种代谢危险因素在同一个体中簇集的临床综合征。MS的典型表现是心血管疾病（CVD）各种危险因子的聚集。阐明MS心肌损伤的基本机制，对于预防患者心血管事件的发生具有重要的意义。线粒体是细胞代谢的中心，所有糖、脂及蛋白质代谢的最后阶段都在线粒体内经三羧酸循环完成氧化。心肌线粒体含量最为丰富，其能量代谢方式也有别于其他组织，MS时心肌细胞线粒体结构和功能的异常可使心肌细胞发生代谢重构，引起能量代谢紊乱。线粒体内OXPHOS的水平通常被认为由线粒体内膜上的各OXPHOS复合体的含量所决定。但是，我们仍不清楚OXPHOS复合体在代谢物相关应激条件下是否有一套完整的自身调控机制来主动调节线粒体内的OXPHOS水平。因此，深入探讨OXPHOS复合体在代谢相关应激条件下对OXPHOS水平的调节机制将有助于我们明确代谢性疾病的分子机制。线粒体基因编码的细胞色素b (MT-CYB) 是呼吸链复合体III的重要亚基，MS时，MT-CYB异常可直接引起心肌细胞的能量代谢障碍和氧化损伤，在此基础之上，MT-CYB可直接或间接地调控线粒体自噬，使心脏损伤进一步加重。最终，能量代谢障碍、氧化应激和线粒体自噬共同促进了心肌细胞死亡的进程。本项目围绕线粒体结构和功能的变化以及MT-CYB的异常，通过观察、比较其与M S相关的心血管疾病发生发展间的关系，探讨MS心肌损伤的作用机制。研究结果显示，代谢综合征合并心肌损伤小鼠体重、血糖、血压以及BNP水平均增高；电镜见线粒体肿胀、空泡样变及自噬小体；心肌组织HE及免疫组化结果显示，心肌细胞大小不一，体积增大，细胞核排列紊乱，MT-CYB表达增高，UQCRC表达降低，调控心肌能量重构，引起心肌细胞损伤。线粒体自噬信号通路相关蛋白P-P62表达降低，Pink1表达增高，Parkin表达降低，Pink与Parkin协同调控线粒体自噬，共同影响线粒体稳态。本研究首次将MT-CYB异常作为切入点，从调节线粒体能量代谢及自噬共同维持线粒体稳态的角度揭示心肌损伤的机制，为MS相关心血管疾病的治疗提供新思路。