线粒体分裂通过促进脂肪酸氧化改善糖尿病小鼠心脏功能的机制研究

目的探讨线粒体分裂调控糖尿病小鼠心肌脂肪酸氧化的机制。方法选择7周龄雄性SPF级C57BLKS/J糖尿病小鼠16只,随机分为模型组和mdivi-1(线粒体分裂抑制剂1)干预组(干预组),每组8只,以同龄雄性SPF级C57BLKS/J小鼠8只为对照组,适应性喂养1周。监测小鼠血糖及体质量变化,超声心动图测定各组小鼠左心室射血分数(Left ventricular ejection fraction,LVEF)、左心室短轴缩短率(Left ventricular fractional shortening,LVFS)及心室舒张早期与心室舒张末期的血流流速比值(E/A)水平。苏木精-伊红染色观察心肌组织病理结构变化;透射电镜观察线粒体大小、形态和数量;Western blotting检测线粒体动力相关蛋白1(dynamin-related protein 1,Drp1)、脂肪酸氧化调控蛋白过氧化物酶体增殖物激活受体α(peroxisome proliferator activated receptorα,PPARα)、长链酰基辅酶A合成酶4(long-chain acyl-CoA synthetase 4,ACSL4)、肉碱棕榈酰转移酶1B(carnitine palmitoyl transferase 1B,CPT1B)表达水平,脂肪酸氧化检测试剂盒测定脂肪酸氧化活性。结果与对照组比较,模型组小鼠可见心肌细胞肥大,心肌细胞横截面直径明显高于对照组,差异有统计学意义[(22.36±2.80)μm vs(12.71±1.78)μm,P<0.01];与模型组比较,干预组小鼠心肌肥大程度明显改善,心肌细胞横截面直径明显低于模型组,差异有统计学意义[(13.79±1.39)μm vs(22.36±2.8)μm,P<0.01]。模型组小鼠心肌线粒体Drp1表达水平,心肌组织单位面积内线粒体个数,心肌细胞质中PPARα、ACSL4、CPT1B蛋白表达明显高于对照组,心肌组织单个线粒体平均面积和心肌线粒体中PPARα、ACSL4、CPT1B及心肌组织脂肪酸氧化活性明显低于对照组,差异有统计学意义(P<0.01)。Mdivi-1干预后,干预组小鼠心肌线粒体Drp1表达水平,心肌组织单位面积内线粒体个数,心肌细胞质中PPARα、ACSL4、CPT1B蛋白表达明显低于模型组,心肌组织单个线粒体平均面积和心肌线粒体中PPARα、ACSL4、CPT1B及心肌组织脂肪酸氧化活性明显高于模型组,差异有统计学意义(P<0.05,P<0.01)。结论糖尿病小鼠心肌线粒体分裂增加,脂肪酸氧化调控蛋白从细胞质向线粒体的转位减少,脂肪酸氧化受抑制,心肌损伤;而Mdivi-1抑制线粒体分裂,通过增加脂肪酸氧化调控蛋白向线粒体的转位促进脂肪酸氧化,改善了心脏功能。