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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- MIF在心肌慢性缺氧適應(yīng)中的作用及可能機(jī)制研究
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 紫紺型先心病患者長(zhǎng)期面臨低氧血癥，臨床發(fā)現(xiàn)此類患者術(shù)前最低的動(dòng)脈血氧分壓可達(dá)30mmHg左右，動(dòng)脈血樣飽和度僅70%，但是仍能夠長(zhǎng)時(shí)間維持一定的心功能。研究此類患者心肌慢性缺氧適應(yīng)和代償?shù)姆肿訖C(jī)制，有廣泛的應(yīng)用前景。
- 詳細(xì)介紹：
- 缺氧是一個(gè)古老的研究話題，到目前為止，缺氧對(duì)機(jī)體的影響以及機(jī)體對(duì)缺氧的確切適應(yīng)機(jī)制尚不清楚。缺氧時(shí)心肌細(xì)胞能量代謝受損，其自身的能量代謝調(diào)節(jié)對(duì)心肌細(xì)胞的存活至關(guān)重要。既往研究表明腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）在心肌代謝調(diào)節(jié)中其重要作用，但是AMPK在慢性缺氧時(shí)是否激活、如何激活的機(jī)制尚不清楚。 巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子（MIF）傳統(tǒng)的被認(rèn)為是炎癥反應(yīng)的重要調(diào)控因子，但是其在心肌細(xì)胞中的作用可能與感受細(xì)胞氧狀態(tài)有關(guān)，MIF被認(rèn)為是心肌細(xì)胞氧狀態(tài)的感受因子。MIF在感受細(xì)胞氧狀態(tài)后下游的效應(yīng)方式尚不清楚。本研究將慢性缺氧和MIF、AMPK相聯(lián)系，初步研究心肌慢性缺氧適應(yīng)的可能機(jī)制。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 探討巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子（MIF）和腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）在心肌慢性缺氧適應(yīng)中的作用及機(jī)制，為深入研究紫紺型先心病患者病理生理學(xué)變化提供理論依據(jù)。研究分兩部分：觀察慢性缺氧心肌組織中MIF mRNA和蛋白表達(dá)和AMPK的活化變化；建立慢性缺氧細(xì)胞模型，觀察MIF mRNA和蛋白表達(dá)以及AMPK活化變化，進(jìn)而探討MIF和AMPK在慢性缺氧條件下參與心肌細(xì)胞能量代謝調(diào)節(jié)的作用及機(jī)制。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- MIF被認(rèn)為是心肌細(xì)胞氧狀態(tài)感受因子，AMPK是心肌細(xì)胞能量代謝的關(guān)鍵激酶。而MIF和AMPK在心肌慢性缺氧中的作用尚無(wú)研究。采用慢性缺氧心肌組織和缺氧培養(yǎng)的心肌細(xì)胞，應(yīng)用免疫組化、Western Blot和RT-PCR等技術(shù)分別在體內(nèi)標(biāo)本和體外細(xì)胞上檢測(cè)MIF蛋白和基因表達(dá)變化以及AMPK活性變化。結(jié)果表明，慢性缺氧時(shí)，MIF表達(dá)增強(qiáng)，并可能通過(guò)誘導(dǎo)AMPK活化參與心肌慢性缺氧適應(yīng)。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 1、有助于回答為什么紫紺型先心病患者能在極端低氧的內(nèi)環(huán)境下生存的科學(xué)問(wèn)題；2、研究結(jié)果表明MIF可能是慢性缺氧時(shí)AMPK重要的激活因子，為深入研究AMPK的活化和作用機(jī)制提供理論依據(jù)；3、賦予了MIF參與心肌細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)的角色，為正確、全面認(rèn)識(shí)MIF在心肌細(xì)胞中的作用，開發(fā)MIF的治療應(yīng)用前景提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 紫紺型先心病是臨床常見(jiàn)的先天性畸形，心肌慢性缺氧是此類患者共同的病理生理過(guò)程，但到目前為止，心肌慢性缺氧適應(yīng)的確切機(jī)制尚不清楚。為檢測(cè)慢性缺氧條件下心肌細(xì)胞中MIF表達(dá)變化，研究MIF參與心肌慢性缺氧適應(yīng)的可能機(jī)制，取右室流出道心肌組織，采用Western Blot檢測(cè)MIF蛋白表達(dá)變化、AMPK和磷酸化AMPK的表達(dá)水平，用RT-PCR檢測(cè)MIF mRNA在心肌組織中的表達(dá)情況，并用免疫組化染色檢測(cè)MIF在心肌組織中的分布；另外，體外缺氧培養(yǎng)H9c2心肌細(xì)胞株，檢測(cè)MIF蛋白變化、AMPK活性變化和MIF mRNA變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1、紫紺型患兒心肌組織中MIF mRNA和蛋白表達(dá)均增加，且與患兒術(shù)前缺氧程度成正相關(guān)；AMPK磷酸化水平顯著升高。2、培養(yǎng)的心肌細(xì)胞在慢性缺氧下，MIF mRNA和蛋白表達(dá)水平，以及AMPK活性程度均顯著增高，且表現(xiàn)出先逐漸升高后維持在高水平表達(dá)的趨勢(shì)。 以上研究結(jié)果提示：慢性缺氧能誘導(dǎo)心肌細(xì)胞表達(dá)MIF增強(qiáng)，MIF可能通過(guò)誘導(dǎo)AMPK活化參與心肌慢性缺氧適應(yīng)。為進(jìn)一步深入研究心肌慢性缺氧適應(yīng)提供了理論依據(jù)。
獲獎(jiǎng)情況
- 本作品主要內(nèi)容在2009年的Clin Chem Acta 上以論著形式刊登，該期刊為英文SCI收錄期刊，其2008年的影響因子為2.96。 Jian Z, Li JB, Ma RY, Chen L, Zhong QJ, Wang XF, Wang W, Hong Y, Xiao YB. Increase of macrophage migration inhibitory factor (MIF) expression in cardiomyocytes during chronic hypoxia. Clin Chim Acta. 2009; 405(1-2):132-138.
鑒定結(jié)果
- 無(wú)
參考文獻(xiàn)
- 1.Kornosky JL et al. Getting to the heart of the matter: epidemiology of cyanotic heart defects. Pediatr Cardiol. 2008;29(3):484-497. 2.Young LH et al. AMP-activated protein kinase: a key stress signaling pathway in the heart. Trends Cardiovasc Med. 2005;15(3):110-118. 3.Borger DR et al. AMP-activated protein kinase is essential for survival in chronic hypoxia. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2008;370(2):230-234. 4.Takahashi M et al. Macrophage migration inhibitory factor as a redox-sensitive cytokine in cardiac myocytes. Cardiovasc Res. 2001;52(3):438-445. 5.Miller EJ et al. Macrophage migration inhibitory factor stimulates AMP-activated protein kinase in the ischaemic heart. Nature. 2008;451(7178):578-582. 6.Larson DF et al. Macrophage migration inhibitory factor: controller of systemic inflammation. Crit Care. 2006;10(2):138. 7.Zernecke A et al. Macrophage migration inhibitory factor in cardiovascular disease. Circulation. 2008;117(12):1594-1602.
同類課題研究水平概述
- 紫紺型先心病是臨床常見(jiàn)的疾病類型，慢性缺氧是此類患兒共同的病理生理過(guò)程。在慢性缺氧過(guò)程中，心肌細(xì)胞將產(chǎn)生一系列適應(yīng)性改變，這些適應(yīng)性改變是心肌細(xì)胞存活和生長(zhǎng)的關(guān)鍵，被統(tǒng)稱為心肌慢性缺氧適應(yīng)，其中慢性缺氧時(shí)心肌代謝調(diào)節(jié)是心肌慢性缺氧適應(yīng)的主要環(huán)節(jié)。心肌慢性缺氧適應(yīng)的確切機(jī)制尚不清楚。 缺氧時(shí)組織適應(yīng)性反應(yīng)是通過(guò)缺氧誘導(dǎo)因子1(hypoxia-inducible factor 1, HIF-1)來(lái)實(shí)現(xiàn)。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)，促紅細(xì)胞生成素(erythropoietin, EPO)和轉(zhuǎn)鐵蛋白(transferrin, TF)等多種細(xì)胞因子表達(dá)水平均能夠被HIF-1復(fù)合物調(diào)節(jié)。但是，這些受HIF-1調(diào)節(jié)的靶基因主要在改善組織供氧或提高氧的利用效率方面發(fā)揮作用，但是HIF-1影響心肌能量代謝的機(jī)制尚不清楚，其下游作用靶因子需要被進(jìn)一步被鑒定。 另有研究表明：在缺氧條件下，離體培養(yǎng)的心肌細(xì)胞能增加MIF的釋放，且MIF釋放水平與缺氧時(shí)間和程度相關(guān)。因此，MIF被認(rèn)為是心肌細(xì)胞氧狀態(tài)的感受因子，被稱為心肌細(xì)胞的“燃油表”。既往對(duì)腫瘤細(xì)胞的研究結(jié)果表明MIF編碼基因的啟動(dòng)子區(qū)域有特異性的HRE片段，MIF表達(dá)受HIF-1的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。鑒于MIF是新近被認(rèn)識(shí)的HIF-1下游作用的靶因子，且MIF與心肌細(xì)胞氧狀態(tài)密切相關(guān)，MIF理應(yīng)在心肌慢性缺氧適應(yīng)中發(fā)揮重要作用，但是目前的研究上不能闡釋MIF在這一過(guò)程中的作用。 此外，既往研究證實(shí)MIF可能參與心肌細(xì)胞能量代謝調(diào)節(jié)，但是其作用機(jī)制一直不清楚，而最新研究結(jié)果表明，急性缺血時(shí)，心肌細(xì)胞中MIF的表達(dá)顯著增加，MIF可進(jìn)一步誘導(dǎo)活化AMPK，增加葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)，改善心肌缺血時(shí)能量代謝狀態(tài)。研究還發(fā)現(xiàn)，急性心肌缺血或心肌梗塞時(shí)，使用MIF或MIF激動(dòng)劑進(jìn)行輔助治療可活化AMPK。在缺血預(yù)適應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，MIF激動(dòng)劑可通過(guò)增加AMPK的活性進(jìn)而放大預(yù)適應(yīng)。這一研究結(jié)果給我們以極大的啟示，設(shè)想MIF可能通過(guò)誘導(dǎo)活化參與心肌慢性缺氧適應(yīng)。但對(duì)于MIF和AMPK在心肌慢性缺氧適應(yīng)中的作用，到目前為止，還沒(méi)有相關(guān)的研究報(bào)道。
