研究目的:根据《中国心血管健康与疾病报告2021》显示,随着经济社会发展与生活方式的改变,我国居民不健康生活方式日益突出,心血管危险因素对居民健康影响日益加深,我国心血管疾病患病率和死亡率正处于持续上升阶段。其中急性心肌梗死发病率逐年升高并趋于年轻化,严重威胁中国城乡居民生命健康。临床急性心肌梗死患者常采用药物治疗、溶栓治疗或经皮冠状动脉介入治疗等手段,恢复缺血心肌血流。但研究发现,血流恢复后,常伴随心肌氧化应激水平过度增加,导致心肌缺血再灌注(ischemia reperfusion, I/R)损伤的发生,严重影响患者预后和生活质量。近年来研究发现I/R心脏游离铁和活性氧(reactive oxygen species, ROS)水平显著升高,导致心肌细胞脂质过氧化,诱发铁死亡,是导致心肌I/R损伤的重要机制之一。运动是改善I/R诱导心肌损伤的有效干预方式,可降低I/R心肌氧化应激水平,提高抗氧化能力,但运动可否改善I/R诱导心肌细胞铁死亡尚无报道。成纤维细胞生长因子21(fibroblast growth factor21,FGF21)是目前公认的运动因子,可通过改善心肌细胞代谢和抗氧化能力,有效改善I/R诱导的心肌损伤。FGF21可改善病理条件下肝脏和大脑等组织细胞铁死亡水平,运动可否通过调节FGF21,改善I/R诱导心肌细胞铁死亡需进一步探索。本研究通过构建运动干预小鼠的I/R模型,探讨运动可否上调心肌FGF21表达,改善心肌细胞铁死亡及其可能机制,为临床运动改善I/R损伤的作用靶点和分子机制提供实验依据。研究方法:3月龄雄性C57BL/6小鼠,18-20g,适应性喂养1周后,随机分为假手术对照组(Sham)、缺血再灌注2小时组(Control-I/R 2h)、缺血再灌注24小时组(Control-I/R 24h)、运动+假手术组(Exercise training-Sham, ET-Sham)、运动+缺血再灌注2小时组(ET-I/R 2h)和运动+缺血再灌注24小时组(ET-I/R 24h)。其中,运动组小鼠进行6d适应性跑台训练。第1w为适应性训练,第1d以6m/min×10min运动,每天增加10min,速度递增2m/min,第6d增至16m/min×60min,跑台坡度为0°,休息1d。正2-7周为正式训练,运动跑台坡度为0°,跑速为16m/min,60min/d,5d/wk×6w。实验期间小鼠每周测一次体重。手术组小鼠进行冠状动脉左前降支(LAD)结扎术,30min后去除结扎线,再灌注2h和24h,制备I/R模型,假手术组只穿线不结扎,以排除手术因素干扰。手术过程中连接小动物心电图检测仪,进行心电信号采集,以心电图ST段弓背抬高,出现病理性Q波或T波倒置作为结扎成功的标志。采用小动物超声心动图评估心脏收缩功能。异氟烷麻醉小鼠,称重后,眼眶取血,取上清备用。迅速开胸摘取心脏,预冷生理盐水清洗,滤纸吸干后称重。用于组织学实验样本放入4%多聚甲醛溶drugs: infectious diseases液中固定保存48h,用于生化与分子生物学指标检测样本放入液氮固定24h后,转移至-80ABT-199临床试验℃超低温冰箱中保存。取甲醛www.selleck.cn/products/MLN8237固定心肌组织进行石蜡包埋,制备切片,常规HE和Masson染色,观察细胞形态,分析细胞横截面积大小和心肌纤维化程度。超氧化物阴离子荧光探针(Dihydroethidium,DHE)检测心肌细胞ROS水平。采用生化检测试剂盒检测心肌组织总谷胱甘肽(T-GSH),氧化型谷胱甘肽(GSSG)的含量,测定心肌细胞中氧化应激水平。Western Blotting检测心肌组织中溶质载体家族7成员11(solute carrier family 7 member 11, SLC7A11/xCT)、谷胱甘肽过氧化物酶4 (glutathione peroxidase 4, GPX4)和核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid-2 related factor 2,Nrf2)蛋白表达。其中,组织学染色采用Image J进行分析,WB结果采用Image Lab进行处理与分析,所得数据通过GraphPad Prism进行单因素方差分析,Tukey比较并做图。研究结果:[蔡1] HE染色结果显示,与Sham组比,ET-Sham组小鼠心肌组织结构正常,心肌细胞排列有序,未见心肌胶原纤维化,心肌细胞横截面积显著增大(p<0.05),FGF21蛋白表达显著升高(p<0.01);Control-I/R 2h组结扎部位心肌纤维断裂、组织破碎、排列紊乱、心肌细胞数量减少,左心室射血分数(EF)和左心室短轴缩短率(FS)下降,心功能降低,氧化应激水平升高,心肌组织中TUNEL阳性颗粒数量增加,可见心肌胶原纤维化,FGF21蛋白表达显著升高(p<0.05),Nrf2表达升高但无显著性差异,T-GSH和GSSG含量均有所升高;Control-I/R 24组心肌纤维断裂严重,心肌细胞数量减少,可见胶原纤维沉积,EF和FS下降,左心室舒张期内径(LVIDd)和左心室收缩期内径(LVIDs)上升,ROS水平升高,心肌组织中TUNEL阳性颗粒数量增加,FGF21表达显著升高(p<0.01),Xct表达显著降低(p<0.01)。与Control-I/R 2h组相比,Control-I/R24h组心肌破碎,EF降低,心功能下降,FGF21表达显著升高(p<0.05),Nrf2表达升高但无显著性差异;ET-I/R 2h组EF升高,心功能改善,ROS水平下降,心肌组织中TUNEL阳性颗粒数量降低,FGF21和Xct表达显著升高(p<0.05)。与Control-I/R 24h组相比,ET-I/R 24h组心肌纤维排列较为整齐,组织破碎程度较轻,胶原纤维化程度减轻,FS和LVIDd显著升高(p<0.05),心功能改善,ROS水平降低,FGF21表达显著升高(p<0.05),GPX4、Xct和Nrf2升高。T-GSH含量升高。与ET-Sham组相比,ET-I/R 2h组心肌纤维断裂,心肌细胞数量减少,EF和FS下降,Xct表达升高。ET-I/R24h组心肌纤维断裂,组织破碎,FGF21表达显著升高(p<0.05),Nrf2升高。T-GSH含量升高,GSSG含量下降。与ET-I/R 2h组相比,ET-I/R 24h组ROS水平升高,FGF21表达显著升高(p<0.05),Nrf2、GPX4和Xct表达均有升高。研究结论:6周有氧运动可上调I/R心肌组织中FGF21的表达,降低心脏ROS水平,抑制心肌细胞凋亡和铁死亡,改善心肌损伤,发挥心脏保护作用。