一氧化氮合成酶对脂肪酸调节高血压心肌细胞线粒体和收缩功能的研究

Fatty acid beta-oxidation is the primary source of energy in cardiac myocytes. Hypertensive heart demands more energy, but the roles of free fatty acids (FFA) in cardiac metabolism and contraction in hypertension remain unclear. Nitric oxide (NO) is an important regulator of mitochondrial/cytosol Ca2+ homeostasis and myocyte contraction. Until recently, mechanistic insights into endothelial and neuronal nitric oxide synthases (eNOS and nNOS) in cardiac metabolism and contraction are not known. Preliminary results from our laboratory showed that 1) FFA significantly increased ATP production and contraction in cardiac myocytes from normal heart but not from hypertension; 2) eNOS mediated FFA-enhancement of myocyte contraction in normal heart but not in hypertension; 3) in hypertension, FFA activated nNOS activity and nNOS inhibited FFA-regulation of myocyte contraction. Based on these evidences, we aim to study systematically FFA-regulation of mitochondrial functions，intracellular Ca2+ homeostasis and the activities of myofilament proteins in cardiac myocytes from normal and hypertensive hearts. Furthermore, we will analyze eNOS and nNOS-regulation of the metabolism and contraction of cardiac myocytes in the presence of FFA in normal and hypertensive hearts. The proposed research will reveal unrecognized mechanisms those underlie contraction in hypertensive heart. The findings will be important in developing novel therapeutic strategies those prevent or delay the hypertensive heart from adverse progression into heart failure.

游离脂肪酸（free fatty acid, FFA）在线粒体的beta-氧化是心肌能量的主要来源。高血压心肌对能量的需求增加，线粒体功能随之发生变化。一氧化氮（nitric oxide, NO）是调节心肌收缩的重要因素。但NO合成酶（eNOS和nNOS）对正常和高血压心肌细胞线粒体FFA代谢以及细胞收缩的作用没有系统的研究。本组预实验研究显示：1）FFA促进正常心肌细胞ATP的生成，增强收缩，但对高血压心肌细胞无影响；2）eNOS介导FFA增强正常心肌细胞收缩，不影响高血压心肌；3）nNOS抑制FFA对高血压心肌细胞收缩的作用。因此，本项目预系统探讨：FFA影响正常和高血压心肌细胞线粒体活动、钙离子调节、肌纤维蛋白等详细机制；全面分析eNOS和nNOS对正常和高血压心肌细胞的代谢和收缩特点。这项研究将提高对高血压心肌细胞的认识，为预防和延缓心衰的发生和发展提供有力实验依据。

利用正常（sham）和血管紧张素诱导的高血压大鼠(HTN)模型，我们着重研究了神经型一氧化氮合成酶（nNOS）对脂肪酸(FA)处理后线粒体复合物I（C-I）和复合物II（C-II）的活性以及nNOS对线粒体耗氧量的影响。结果表明，nNOS蛋白在正常和HTN左心室组织线粒体有表达，两者间无差异。在正常心肌，FA增加了耗氧率（OCR）和细胞内ATP，nNOS抑制剂S-甲基-1-硫代瓜氨酸（SMTC）不影响OCR和ATP含量。在线粒体，C-II被抑制以后SMTC增加了OCR; 这种反应在抑制C-I以后没有变化，表明nNOS减弱FA作用下C-I的活性。的确，体外实验显示SMTC增加了C-I活性，但没有增加C-II的活性。在高血压心肌，FA增加了C-I的活性，降低了C-II的活性，结果OCR降低。FA处理以后，SMTC进一步增加C-I和C-II的活性，导致线粒体中的OCR增强。进一步研究表明，nNOS激活C-II的活性，从而增加OCR。这些结果揭示nNOS对线粒体复合体活性调节的新机制，对高血压心肌损伤和治疗提出可靠的理论依据。.另外，在心房肌组织，nNOS是NO的主要来源。在正常心房组织FA增加线粒体的耗氧量，而nNOS协助调节活性。但在高血压大鼠心房，FA降低nNOS的活性（通过palmitoylation机制），因此耗氧量显著降低。因此，nNOS在不同的组织对线粒体的活性起到相反的作用，有助于利用nNOS改善高血压的心房和心室肌功能。