线粒体功能异常在二氧化硫诱导心血管疾病中的分子机制及其调控途径研究

流行病学调查显示，SO2污染不仅与呼吸道疾病有关，也提高了心律不齐、心力衰竭等心血管系统疾病的发病率，但对其造成心血管系统损伤的分子机制研究甚少。前期研究表明SO2可引起啮齿类动物心肌细胞超微结构的变化，其中以线粒体损伤最为严重，近期又发现SO2可引起线粒体氧化磷酸化重要组分表达异常。本项目拟采用RNA干扰及SO2染毒来探索SO2衍生物对体外培养心肌细胞线粒体氧化磷酸化复合物损伤的分子机制及调控途径，并尝试采用高表达腺病毒转染方法逆转RNA干扰或SO2染毒后细胞的效应；最后采用大鼠长期SO2动式吸入染毒进行体内验证，并辅以线粒体各种功能指标的检测，进一步揭示SO2所诱导的心血管疾病与线粒体氧化磷酸化功能异常的关系。本项目对阐明SO2诱发心血管系统疾病的发病机制有重要意义，有望为探索相关疾病的基因治疗方法提供思路。

SO2是一种常见的全球性大气环境污染物。流行病学资料显示，SO2吸入人体后，不仅增加了呼吸道疾病的发病率，也增加了一些心脑血管疾病风险和死亡率。本项目考察了SO2对体外培养的心肌细胞H9C2、整体动物染毒模型大鼠心脏、脑及肺线粒体氧化磷酸化功能的影响及其分子机制与调控途径。结果表明：(1)SO2暴露后H9C2细胞、大鼠心脏及肺线粒体功能受损严重，线粒体膜电位、细胞色素C氧化酶的活性及ATP含量均有所降低；然而在大鼠脑中上述三种指标均上升。(2)SO2暴露后H9C2细胞、大鼠心脏及肺线粒体DNA的量减少，氧化磷酸化复合体I、IV与V中由线粒体DNA编码的ND4、CO1, CO2, CO3及ATP6&8的mRNA水平降低，然而核DNA编码的CO4的mRNA水平仅在肺中降低，在心脏中不受影响；在大鼠脑中线粒体DNA及氧化磷酸化复合体所检测各亚基的mRNA表达均升高。(3)SO2可显著降低H9C2细胞、大鼠心脏及肺中调控线粒体复合体的转录因子PGC-1α、NRF1和TFAM的mRNA和蛋白表达；而在大鼠脑中，NRF-1的蛋白表达显著升高，而TFAM的mRNA及蛋白表达水平均显著升高。(4) SO2暴露诱导线粒体损伤信号途径为：Lon→PGC-1α→NRF-1→TFAM→mtDNA编码的氧化磷酸化复合体亚基→线粒体功能异常。在H9C2心肌细胞中高表达转染PGC-1α、NRF1和TFAM质粒可有效恢复SO2对心肌细胞线粒体膜电位，细胞内ATP含量也回复至对照水平。通过本项目，阐明了SO2暴露诱导心脑血管及呼吸系统疾病发生中线粒体功能异常的分子机制，为大气污染控制奠定实验基础，为其健康防护和临床治疗提供理论依据。