从线粒体损伤探讨自噬在放射性心脏损伤早期中的作用及机制

Radiation-induced heart disease (RIHD) is the capital cause of nontumorous death of thoracic tumor patients who have received radiation. Loss of myocardial cell is an utmost cause of the heart injury. Autophagy as a housekeeper mechanism maintaining homeostasis, removing damaged mitochondria and extending the life of the cells, that is an important target for clinical research. This study had an innovative found what is the high expression of LC3-II and Beclin 1 of myocardial cells at the early stage of the RIHD rat model. The LC3-II and Beclin 1 levels could be as an entry point to observe myocardial autophagy occurre characteristic and role in early stage of the RIHD after giving inhibitor(3-MA); The mitochondria damage as an entry point to observe their change of mitochondrial transmembrane potential, AMP/ATP, and AMPK phosphorylation; Intends to reveal the AMPK-mediated energy metabolism is an important mechanism of cardiac injury after radiation therapy, it provides better ideas to prevention and treatment of other organ damage due to radiotherapy.

胸部肿瘤放射治疗导致放射性心脏损伤（RIHD）已成为患者非肿瘤死亡的首要原因。心肌细胞丢失是心脏损伤的重要原因，而自噬作为细胞保持稳定状态的"管家机制"，可调控线粒体等多种细胞器的更新，以延长细胞寿命，成为临床研究的重要靶点。本课题在大鼠RIHD模型早期心肌细胞自噬蛋白LC3-Ⅱ及Beclin 1高表达的创新性发现基础上，结合特异性自噬抑制剂（3-MA）干预观察在RIHD早期心肌细胞自噬发生的特点及其作用；以线粒体损伤为切入点，观察线粒体膜电位、AMP/ATP值和磷酸腺苷激活蛋白激酶（AMPK）磷酸化水平变化。拟揭示AMPK介导的能量代谢异常是放射治疗后心脏损伤的重要机制之一，为临床因放射治疗导致心脏及其他器官损伤的防治提供思路。

随着三维适形、调强适形及图像引导等精确放射治疗技术的广泛应用，胸部肿瘤患者的生存时间明显延长，而在放射治疗过程中位于纵膈的心脏不可避免地要受到射线影响。由放疗所导致的放射性心脏损伤（RIHD）已成为非肿瘤死亡的首要原因，然而由其所导致心脏损伤的机制尚不清楚。. 本研究通过制备RIHD动物模型，综合运用免疫组化、免疫印迹、RT-PCR及核素显像等方法，观察到X线照射后新西兰大白兔在体心功能在1个月内均正常，离体心功能异常出现于3周后；而在照射后1周内心肌组织线粒体功能出现损伤，心肌细胞自噬水平也明显升高；给予自噬抑制剂3-MA后，心肌自噬水平下降，且离体心功能下降提前至2周。以上结果提示，X照射损伤心肌线粒体功能并诱导自噬发生，且是RIHD后心肌损伤的保护因素。进一步研究证实，心肌组织线粒体膜电位下降，出现ATP降低、AMP升高，进而激活AMPK磷酸化，其可能是自噬的信号转导分子之一，但这还需要进一步的研究证实。AMPK是细胞的能量变化感受器，维持机体的能量代谢平衡，因此为临床RIHD的防治提供思路。. 我们都知道心肌细胞凋亡是出现心功能异常的重要因素，而本研究观察到RIHD早期心肌细胞凋亡指数稍有增加，且心肌Bax蛋白表达和线粒体通透性增加，但未检测到线粒体凋亡途径中心肌组织Caspase蛋白酶的活性，但还需要进一步研究探讨。故我们在本课题中增加了大鼠RIHD后2周给予缺血/再灌注损伤的刺激，发现X线照射使大鼠心肌对缺血/再灌注损伤的敏感性增加。