多胺代谢调控ATP流在糖尿病性心肌病中的作用和机制研究

Diabetic cardiomyopathy (DCM) is a major complication and fatal cause of the patients with diabetes. To date, the precise mechanism has not been clearly clarified and an effective treatment is in need. Polyamine (putrescine, spermidine and spermine), having a feature as anti-oxidant and anti-aging, are widely existed in the body. Our previous study confirmed that polyamine metabolic disorder was involved in myocardial ischemia-reperfusion injury and myocardial hypertrophy. The relationship between polyamine and DCM was rarely reported. Recently, we found that calcium homeostasis unbalance, oxidative stress injury and energy metabolic disorders existed in the DCM rat models. However, the regularity and role of polyamine metabolism in DCM proceeding have not been reported. Based on preliminary study results, we hypothesized that DCM causes an imbalance in polyamine metabolism, which could activate gp78 - ubiquitin proteasome system, hydrolyzing mitochondria fusion/fission and gap junction proteins. These effects would result in ATP flow disorders, including reduced ATP synthesis and increased ATP leakage. Exogenous spermine could prevent the above changes. Our research would verify the hypothesis above using DCM rat models and high glucose treated cardiomyocytes with multiple molecular biology methods. This study would provide theoretical basis in prevention and potential therapeutic target for DCM.

糖尿病性心肌病（DCM）是糖尿病的主要并发症和致死原因，确切机制尚未阐明，缺少有效防治方法。在机体广泛存在的多胺（腐胺、精脒和精胺），具有抗氧化、抗衰老等作用。课题组早期研究证实，多胺代谢紊乱参与心肌缺血-再灌注损伤和心肌肥大的发生。检索显示，多胺和DCM的关系罕见报道。近来，我们发现DCM大鼠发生钙稳态失衡、氧化应激损伤和能量代谢障碍。但是，DCM的多胺代谢规律及其在DCM发生中作用和机制未见报道。根据预实验结果，我们推测：DCM大鼠多胺稳态失衡，激活gp78-泛素蛋白酶系统，水解线粒体融合/分裂和缝隙连接蛋白，引起ATP流障碍（ATP产生减少和漏出增加），进而导致心肌收缩和舒张功能障碍；给予外源性精胺可以改善上述变化。为验证上述假说，本课题将采用糖尿病大鼠和高糖处理心肌细胞作为研究对象，使用各种分子生物学手段，揭示多胺代谢在DCM发生中的关键作用，为其防治提供理论依据和新靶点。

糖尿病性心肌病（DCM）是糖尿病的主要并发症和致死原因，确切机制尚未阐明，缺少有效防治方法。在机体广泛存在的多胺（腐胺、精脒和精胺），具有抗氧化、抗衰老等作用。然而，多胺和DCM的关系罕见报道。本研究建立糖尿病大鼠和高糖诱导的心肌细胞模型，使用多种分子生物学技术手段，多角度揭示DCM的多胺代谢规律及其对心肌能量代谢、细胞凋亡、纤维化、氧化应激、内质网应激、高尔基体应激及相关信号传导通路的影响。.本课题首次发现或证实：（1）DCM心肌多胺代谢紊乱（内源性精胺含量减少），促使gp78-泛素蛋白酶系统活化，导致线粒体结构功能蛋白和缝隙连接蛋白水解、氧化应激、内质网应激、高尔基体应激和细胞膜钙敏感受体（CaSR）合成障碍，进而引起心肌能量代谢紊乱、细胞凋亡和纤维化；（2）外源性精胺抑制高血糖引起的gp78-泛素蛋白酶系统活化，改善线粒体与缝隙连接细胞间通讯（GJIC）的结构和功能异常，维持ATP流，稳定心肌细胞能量代谢；（3）精胺抑制ROS-P53-MuRF1轴活化和内质网应激，上调PPARα以及氧化态Ero1和PDI的蛋白表达，促进细胞膜CaSR合成；（4）精胺抑制高尔基体应激，保护线粒体与内质网结构和功能，减少心肌细胞凋亡；（5）精胺通过调节细胞周期，抑制Wnt/β-catenin通路活化，减少心肌间质胶原沉积和纤维化。本研究从新视角揭示了多胺代谢紊乱在高糖诱导心肌损伤中的核心作用及其相关机制，为临床防治DCM提供理论依据和新靶点，具有重要的临床潜在应用价值。.迄今，本课题已如期完成，在国内外核心期刊发表署名本课题资助的研究论文10篇，其中SCI收录论文6篇，国内核心期刊论文4篇。参加本领域学术会议1次，发表会议论文1篇。在项目执行期间，课题主持人魏璨副教授中标国家自然科学基金面上项目1项、黑龙江省自然科学基金优秀青年项目1 项和黑龙江省博士后科研启动基金1项。