阻断线粒体复合体I——保护CPB心肌缺血再灌注损伤的新策略

Myocardial protection during heart surgery is very important and we need further understanding the mechanism of cardiac injury during cardiopulmonary bypass. The main reason of cardiac injury during cardiopulmonary bypass surgery is ischemia reperfusion injury and it causes Severe complications such as myocardial infarction. Mitochondra is a key target of cardiac injury during reperfusion. Blockade of complex I during ischemia with Amobarbital protected oxidative phosphorylation, decreased reactive oxygen species production and mitochondrial Ca2+ loading, and decreased cardiac cell death. Studies have shown that protection of hearts against ischemia reperfusion injury by several drugs such as anti-anginal drug Ranolazine, anti-diabetic medications metformin and mitochondria-targeted S-nitrosothiols is associated with blockade of mitochondrial Complex I. Complex I maybe one potential target which participate the mechanism of myocardial ischemia reperfusion injury under cardiopulmonary bypass. Thus, in the present study, we aimed to explicit the mechanism of ischemia reperfusion injury under cardiopulmonary bypass with mitochondrial Complex I, then we investigate the protective effects of inhibitor of Complex I amobarbital against myocardial ischaemia reperfusion injury. We hope that blockade of Complex I could be one novel therapeutic strategies which enhance myocardial protection during cardiopulmonary bypass in heart surgery.

心肌保护是心脏外科手术成败的关键，深入了解体外循环（CPB）中心肌损伤的机制是心肌保护的基础。CPB对心肌的损伤主要来源于心脏复跳后的缺血再灌注损伤，是手术后发生心肌梗死等严重并发症的主要原因。线粒体是再灌注期心肌损伤的关键靶位。研究发现抗心绞痛药物雷诺嗪、降糖药二甲双胍及NO中间产物亚硝基硫醇等，其心肌保护作用机制均与阻断线粒体复合体I有关。由此推测，线粒体复合体I可能是参与CPB心肌缺血再灌注损伤潜在的关键靶点。故本项目拟建立大鼠CPB模型，给予NDUFS4 siRNA沉默心肌线粒体复合体I，阐明线粒体复合体I参与CPB心肌缺血再灌注损伤的分子机制，并观察复合体I特异性阻断剂对CPB心肌损伤的保护作用及其机制，为CPB心脏手术的心肌保护提供一种新策略。

背景：心肌保护是心脏手术成败的关键，体外循环（CPB）心肌缺血再灌注损伤的机制与心肌保护成为国内外的研究热点。线粒体是缺血再灌注心肌损伤的主要靶位。线粒体复合体I是调节线粒体呼吸的重要组成部分，也是氧自由基产生的主要部位。近年来，线粒体复合体I成为心肌缺血再灌注损伤机制与心肌保护的新靶点。研究发现抗心绞痛药物雷诺嗪、降糖药二甲双胍及NO中间产物亚硝基硫醇等，其心肌保护作用机制均与阻断复合体I有关。本项目拟建立大鼠CPB模型，给予NDUFS4 siRNA局部敲除心肌线粒体复合体I，阐明线粒体复合体I参与CPB心肌缺血再灌注损伤中的分子机制，并观察复合体I特异性阻断剂对CPB心肌损伤的保护作用及其机制，为CPB心脏手术的心肌保护提供一种新策略，尤其本项目采用的药物AMO是临床常用镇静催眠药，发掘老药新用，具有较好的临床实用价值。.主要研究内容：重组腺病毒NDUFS4 siRNA的构建，及其对成年大鼠心肌细胞氧化应激损伤的保护作用。设计并构建重组腺病毒NDUFS4 siRNA；分离培养成年大鼠心肌细胞；心肌细胞转染NDUFS4 siRNA，检测其对氧化应激损伤的保护作用；线粒体复合体I参与CPB心肌缺血再灌注损伤的机制研究。建立大鼠CPB模型，心肌局部注射重组腺病毒NDUFS4 siRNA对CPB术后心肌缺血再灌注损伤的影响；线粒体复合体I特异性阻断剂对CPB心肌缺血再灌注损伤的保护作用及其机制。复合体I特异性阻断剂AMO对CPB心肌缺血再灌注损伤的保护作用。.重要结果及关键数据：重组腺病毒NDUFS4 siRNA的构建与功能验证，基因敲减效率达到76.7%；在大鼠心肌细胞转染NDUFS4 siRNA，有效改善氧化应激引起的心肌细胞凋亡；构建了大鼠体外循环模型；在在体实验发现，NDUFS4 siRNA对大鼠体外循环所致心肌缺血再灌注损伤具有保护作用。.科学意义：本课题通过建立大鼠CPB模型，给予NDUFS4 siRNA沉默心肌线粒体复合体I，发现线粒体复合体I参与了CPB心肌缺血再灌注损伤的分子机制，并观察复合体I特异性阻断剂对CPB心肌损伤的保护作用，为CPB心脏手术的心肌保护提供了一种新策略，为临床体外循环使用线粒体复合体I阻断剂的可能性提供了一定的理论依据。