缺氧诱导因子在糖尿病心肌肥厚向心衰转化过程中的作用机制研究

新生儿心肌生成及运动引起的生理性心肌肥厚是心脏的一种适应性反应，这种反应与心肌收缩功能的损害有关。在响应生理性心脏肥厚的过程中，心脏激活缺氧诱导因子(HIF)并产生血管形成因子。新生血管的形成提供给心脏组织氧气和营养以满足不断增加的需求。然而糖尿病及过负荷引起的病理性心脏肥厚与显著增加的死亡直接相关。但是，为什么糖尿病显著降低了心肌对心肌肥厚的应激性反应却知之甚少。我们认为，糖尿病降低了HIF的活性，引起血管上皮细胞生长因子减少，加重过负荷引起的心脏肥厚向心衰的转化。我们将利用心脏特异性HIF-1α基因敲除模型研究糖尿病在心脏肥厚向心衰转化过程中的机理，建立高糖、HIF-1α及心肌细胞肥厚之间的有机关系，并探讨利用HIF-1α的激动剂干预糖尿病引起的心脏肥厚向心衰转化的可能性。

在国家自然科学基金的支持下，我们已完成了本项目，并取得了以下成果：首先，我们研究了心肌细胞在肥大状况下对高糖培养的反应。高糖浓度促使心肌细胞产生大量的反应性氧化物（ROS），导致高反应性的二羧基甲基乙二醛的大量增加，从而引起功能蛋白的修饰并改变了它们的功能。我们的研究证明，高糖浓度对心肌细胞在肥大情况下更易引起蛋白的甲基乙二醛修饰。因此心肌蛋白的甲基乙二醛修饰可能是导致糖尿病心肌肥大向心衰转化的一个重要原因。其次，我们研究了高糖浓度对肥大的心肌细胞缺氧诱导因子（HIF）功能的影响。我们的研究证明，在低糖条件下，化学缺氧会引起肥大心肌细胞中HIF-1α的活化，其主要表现在HIF-1α的靶蛋白（Glut1、HK-II和Enolase等）表达的升高。但在高糖条件下，HIF的活化大幅下降。表明长期高糖环境抑制了肥大细胞的适应性反应。我们也建立了铜缺乏引起的糖尿病心肌肥大模型。降低食物中铜的含量并诱导小鼠形成糖尿病后，小鼠产生心肌肥大，死亡率增加。相比其它模型，这个模型简单利于操作，为以后进一步研究提供了更为可行的方法。同时，我们研究铜缺乏对心肌细胞HIF活化的影响。我们发现降低细胞中铜的含量显著降低了HIF依赖的荧光素酶报告基因的活性。于此同时，我们也利用bFGF及MT对糖尿病心肌损伤的抑制作用进行了研究。研究表明，bFGF的应用可以有效降低缺血/再灌注引起的心肌损伤。这种保护作用与降低氧化自由基，抑制细胞凋亡及内质网应激有关。金属硫蛋白也显著抑制了缺氧引起的心肌损伤及糖尿病引起的心肌损伤。我们进一步证明了金属硫蛋白过表达增加了心肌中HK-II和HIF-1α的水平，从而增加了糖酵解的速度，改善了糖尿病引起的心肌损伤。在本项目研究期间，我们培养了多名技术人员安定研究人员，协助培养了多名博士和硕士研究生，使其掌握了研究糖尿病并发症所必需的基本分子生物学知识和基本技能。本项目的研究成果曾在国内外会议上展示，并在国际知名期刊上发表论文5篇。