有氧运动调节circRNAs m6A甲基化修饰改善高脂饮食小鼠心脏病理性重塑研究

目的:通过甲基化RNA免疫沉淀测序(MeRIP-seq)和转录组测序(RNA-seq)绘制N6-甲基腺苷(m6A)修饰图谱,探讨环状RNA(circRNAs)m6A甲基化修饰在有氧运动改善高脂饮食小鼠心脏病理性重塑中的作用。方法:C57BL/6J野生型小鼠随机分为正常饮食安静(normal diet-sedentary,ND-SED)组、正常饮食运动(normal diet-exercise,ND-EX)组、高脂饮食安静(high-fat diet-sedentary,HFD-SED)组和高脂饮食运动(high-fat diet-exercise,HFD-EX)组。ND-SED组和ND-EX组小鼠给予普通饲料喂养,HFD-SED组和HFD-EX组小鼠给予60%脂肪供能高脂饲料喂养12周后,ND-EX组和HFD-EX组小鼠进行8周有氧运动。运动干预结束后,检测小鼠体重、体脂含量和心功能。采血、取心脏,检测血清TC和TG含量,酶联免疫吸附测定检测心脏组织TG含量,RT-qPCR检测m6A调节因子,Western blot检测METTL3和FTO蛋白表达,比色法检测心脏组织m6A RNA甲基化含量,MeRIP-seq检测HFD-SED组和HFD-EX组小鼠心脏circRNAs m6A甲基化修饰,SRAMP预测发生m6A甲基化差异和表达差异的circRNA甲基化位点,MeRIP-qPCR验证其m6A水平。结果:8周有氧运动显著降低了高脂饮食小鼠体重和体脂含量,提高了左心室射血分数和短轴缩短率,抑制心脏纤维化和脂质沉积,改善心脏病理性重塑。有氧运动可以显著降低高脂饮食小鼠心脏m6A甲基化水平,甲基转移酶METTL3在其中发挥了重要作用。MeRIP-seq显示,HFD-SED组和HFD-EX组小鼠心脏受m6A修饰的circRNAs大部分都只具有1个m6A修饰位点,且m6A circRNAs主要来自重叠区和外显子。与HFD-SED组比较,HFD-EX组小鼠心脏有13个circRNAs发生了甲基化上调,19个circRNAs发生了甲基化下调,两组差异甲基化的circRNAs大部分来源于重叠区,长度主要富集在1~10000 bps,大部分位于1号、7号和13号染色体上。RNA-seq显示,与HFD-SED组比较,HFD-EX组小鼠心脏有40个circRNAs发生差异表达,其中22个显著上调,18个显著下调。MeRIP-seq和RNA-seq联合分析发现,只有circRNA_4614|Chr7:127484542_127486889_+(以下简称“circRNA_4614”)同时发生m6A甲基化差异和表达差异,其m6A水平和表达水平均显著上调。SRAMP预测显示,circRNA_4614存在8个潜在的m6A位点,其中1个位点具有非常高置信度,2个位点具有高置信度。MeRIP-qPCR验证显示,与HFD-SED组比较,HFD-EX组小鼠心脏circRNA_4614的m6A水平显著上调,其趋势与MeRIP-seq测序结果一致。结论:有氧运动可以显著降低高脂饮食小鼠心脏m6A甲基化水平,调节心脏circRNAs表达谱和m6A修饰谱。circRNA_4614介导的m6A修饰在有氧运动改善肥胖性心脏重塑中可能发挥重要作用。

外源性agomir-133在跑台运动改善心脏病理性重塑中的作用

目的:在腹主动脉缩窄(abdominal aortic coarctation,AAC)诱导的心脏病理性重塑大鼠模型上,观察运动对内源性miR-133表达的调节作用;通过外源性给予agomir-133后,观察运动对心脏病理性重塑及心肌凋亡的影响,探讨miR-133在跑台运动改善心脏病理性重塑中的作用及可能机制。方法:SD大鼠随机分为4组:假手术组(CON组)、腹主动脉缩窄组(AAC组)、腹主动脉缩窄+跑台运动+agomir-NC给药组(A+E+NC组)以及腹主动脉缩窄+跑台运动+agomir-133给药组(A+E+agomir-133组)。术后4周,A+E+NC组和A+E+agomir-133组大鼠开始进行为期4周的跑台运动,并分别给予agomir-NC和agomir-133。末次训练后采用超声心动检测心功能。苏木素-伊红染色观察心肌和腓肠肌形态;天狼星红染色观察心肌纤维化;TUNEL检测心肌细胞凋亡;ELISA法检测血浆中肌肉生长抑制素(myostatin,MSTN)浓度;Real-time PCR检测血浆和心肌中miR-133表达、心肌心房钠尿肽(atrial natriuretic peptide,ANP)、脑钠肽(brain natriuretic peptide,BNP)和MSTN的表达、Ⅰ型胶原蛋白(collagenⅠ)和Ⅲ型胶原蛋白(collagenⅢ)的表达以及凋亡相关基因Bcl2相关X基因(Bcl2-Associated X,Bax)和B淋巴细胞瘤-2基因(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)的表达。结果:AAC组大鼠发生心脏病理性重塑,心功能有所降低,心肌出现肥大,心肌细胞横截面积增大、纤维化和凋亡增加,心肌miR-133表达降低而血浆表达水平升高;4周跑台运动后心脏病理性重塑得到改善,心功能恢复,心肌肥大得到改善,心肌细胞横截面积降低、纤维化和凋亡减少,心肌miR-133表达升高而血浆表达降低;agomir-133给予后,运动改善大鼠心脏病理重塑的作用被抵消,心功能有所下降,心肌出现肥大,心肌纤维化和凋亡增多,骨骼肌出现明显萎缩。结论:跑台运动能够显著改善心肌肥大和纤维化,抑制心肌细胞凋亡,同时增加心肌miR-133表达,降低循环中miR-133水平;外源性的agomir-133给药抵消了运动对心脏病理性重塑的改善和抗凋亡效应,其作用可能与外周机制相关。