左卡尼汀减毒hyperuricemia-associated通过改善左心室重构cardiomyocytic脂质沉积

1介绍

高尿酸血(HUA)被认为是各种心血管疾病的危险因素(Zhang et al ., 2019;Borghi et al ., 2020)。临床数据表明每增加1 mg / dL,血清尿酸(UA)、患心力衰竭(HF)的几率增加了19%,和全因死亡率和复合端点的风险增加了4%的心衰患者(黄et al ., 2014)。左心室重构的基本病理过程(LVR)是心衰的发展(Konstam et al ., 2011)。LVR是一个持续的过程,涉及对各种损伤心肌细胞的反应。通过LVR,心脏可能会暂时保留心输出量,但进步LVR适应不良,导致高频(Pezel et al ., 2021)。LVR的初期表现为明显肥大没有心室扩大或收缩功能障碍,其次是商会的发展扩张和收缩功能障碍(夏et al ., 2009)。可用的研究普遍认为心肌细胞生理活动与能量不足的一个机制导致LVR开发(Dalal Mishra, 2017;Tuomainen泰薇,2017)。虽然优化能量代谢治疗患者的心血管疾病是一种可行的潜在战略,HUA-induced心肌细胞能量障碍的潜在机制仍不清楚。

在成人的心,葡萄糖和脂肪酸代谢(FA)代表了主要的能量来源,以满足生理需求。能量代谢体内平衡可以中断响应很多风险因素。这些代谢紊乱包括葡萄糖和FA运输从细胞外环境的变化进入细胞质,细胞质中的无氧糖酵解,线粒体氧化磷酸化(Peterzan et al ., 2017)。先前的研究表明,UA葡萄糖摄取减少心肌细胞(智et al ., 2016;焦et al ., 2021)。然而,FA在能源基质的比例高达50 - 70%,而不是葡萄糖,这表明FA主导心肌细胞能量代谢(Lopaschuk et al ., 2010)。到目前为止,很少有研究调查UA cardiomyocytic FA代谢的影响。UA是心肌细胞损伤的危险因素,底层机制包括胰岛素抵抗、炎症和内质网应激(智et al ., 2016;燕et al ., 2018;Zhang et al ., 2020)。这些机制可能发生由于过度细胞质lipid-induced lipotoxicity (巢穴et al ., 2020;Lipke et al ., 2022)。胞质脂质平衡是由细胞membrane-mediated FA吸收和mitochondrion-mediated消除。我们推测,足总代谢功能障碍可能会造成UA-induced心肌细胞损伤,从而促进LVR。

我们感兴趣HUA-associated多个器官系统的并发症和治疗策略的优化,和我们探讨潜在药理干预方法减弱HUA-associated并发症的发展基于底层的病理机制。我们先前建立一个过程来诱导人类胚胎干细胞(为)分化成心肌细胞(杨et al ., 2019),它被用来探索UA对心肌细胞足总代谢的影响。我们之前还建立了一个有效的华动物模型探讨urate-lowering治疗和器官保护(陈et al ., 2021;李et al ., 2021;李et al ., 2021;林et al ., 2022),在这项研究中这华动物模型被用来观察的影响与FA metabolism-targeting药物药理干预HUA-associated LVR并确认潜在的机制。在这项研究中,我们将展示FA新陈代谢的作用HUA-associated LVR。UA诱导心肌细胞脂质沉积在细胞质中。FAβ-oxidation促进药物左卡尼汀(LC)改善cardiomyocytic脂质沉积而β-oxidation抑制剂曲美他嗪(TMZ)加重脂质沉积。UA刺激抑制CPT1B, FA线粒体膜运输所涉及的主要因素。我们进一步表明,LC干预减毒HUA-induced左心室壁增厚。本研究表明FA运输障碍中是一个关键机制cardiomyocytic损伤和HUA-associated LVR和促进胞质FA运输到线粒体代谢通过LC是一个有效的药物治疗策略来减弱HUA-associated LVR。有助于提供重要的药理信息为进一步优化治疗策略。

2材料和方法

2.1心肌细胞生成和治疗

心肌细胞分化从为(H1细胞株)。正如我们之前描述(执行心脏分化补充图1)(杨et al ., 2019)。心肌细胞显示心肌肌钙蛋白和辅肌动蛋白结构特征(补充图1 b),纯度高,表明通过流式细胞术(补充图1 c)。H1-derived心肌细胞的分离和播种密度3×10⁴/厘米²在药物治疗之前Matrigel-pretreated板块2天。心肌细胞培养的DMEM / F12 (Procell PM150310)含有10%的边后卫(Procell, 164210 - 50)。U105582 UA(阿拉丁),LC(阿拉丁,C105423), TMZ(阿拉丁,T166941)被添加到细胞各自组的浓度表示。

2.2动物模型和治疗

健康的SPF雄性昆明小鼠(公里),重达20±2 g,是南方医科大学实验动物中心提供的(广州)。所有动物实验进行了以下机构的指导方针南方医科大学动物保健委员会和国家动物实验伦理标准。动物喂养标准食物1周在一个合适的实验环境12 h / 12 h光/暗周期和控制温度(25°C±1°C)和湿度(50±10%)。在早期华实验中,32小鼠随机分为空白组和模型组。华组每日腹腔内注射的钾oxonate (PO) 350毫克/公斤,口服填喂法的次黄嘌呤(HX) 450毫克/公斤,而空白组接受相同数量的溶剂。感应1周后,所有的老鼠都牺牲了,和等离子体的血收获UA的决心,虽然心里对实时qPCR收获,免疫印迹、lipidomics分析和免疫荧光检查。的药理干预慢性实验,75小鼠随机分为5组:空白组、模型组,LC组,TMZ集团和别嘌呤醇(美联社,σ,A8003)组。LC组350毫克/公斤LC, TMZ组15毫克/公斤TMZ, AP组5毫克/公斤美联社填喂法1 h建模之前,和其他组收到了盐水。使用的建模方法是一样的,在短期内华实验。45的老鼠牺牲后1周干预量化分子调节血浆和心脏,和油红O染色。 The rest were continued experiment for 8 weeks of treatment and followed by echocardiography examination.

2.3细胞生存能力分析

心肌细胞的细胞生存能力与MTT分析评估。药理干预后96孔细胞培养板24、48或72 h,培养基被删除,取而代之的是0.1毫克MTT试剂(每100年分离Beyotime ST1537)μL基底DMEM (Procell PM150210)。然后,在37°C细胞孵化4 h,紧随其后的是替代100μL DMSO溶液的介质(阿拉丁,D103272)。经过十分钟的颤抖,可行性的评估是通过测量吸光度的波长570 nm。

2.4油红O染色

油红O染色法被用来检查胞质脂质沉积。细胞与4%多聚甲醛溶液固定15分钟,其次是与PBS缓冲液洗涤。然后,固定细胞脱水60%异丙醇10分钟,沾油红O过滤解决方案(60%油红O原液/ 40%水)20分钟和60%异丙醇冲洗。最后,部分与苏木精复染色,然后在蔡司显微镜下检查明视场模式。

2.5逆转录和实时定量PCR

总RNA提取利用RNAiso +试剂(豆类,9109)协议后推荐的制造商。逆转录进行使用StarScript II合成第一链cDNA设备II (GenStar A214-10)协议后推荐的制造商。实时qPCR 96 -板使用要求的格式进行结核病绿色™预混料交货Taq™(豆类,RR420A)协议后推荐的制造商。为每个分析、mRNA水平β-actin规范化水平的管家基因。提出了使用的引物信息补充表1。

2.6免疫印迹分析

总蛋白质是细胞溶解里帕缓冲区(题咏,FD009)。然后,20μg蛋白质10% sds - page凝胶电泳分离,随后转移到一个聚乙二烯二氟化物膜(笼罩,BSP0161)。然后,包含蛋白质的膜被TBST缓冲区包含5%脱脂奶粉1 h在室温下。细胞膜是孵化主要抗体在一夜之间在4°C。然后,膜清洗和孵化与相应的二次抗体在室温下2小时。信号被检测到使用ECL高度敏感的化学发光工具包(博士德,AR1191)。信息中列出使用的抗体补充表2。

2.7 ELISA分析

ELISA分析被用来量化特定分子的浓度在血浆和心脏组织。ELISA分析与商业ELISA包协议后推荐的制造商。通过使用鼠标CPT1B CPT1B量化进行酶联免疫试剂盒(Meimian, mm - 46720)。LC量化利用信用证进行酶联免疫试剂盒(Meimian, mm - 95093 - o1)。通过使用鼠标肾上腺素肾上腺素量化进行酶联免疫试剂盒(Meimian, mm - 0351)。去甲肾上腺素量化进行了使用鼠标去甲肾上腺素酶联免疫试剂盒(Meimian, mm - 0876)。

2.8超声心动图检查

所有的动物进行了超声心动图检查的最后8^th周的超高频率和高分辨率小动物超声成像系统(2100年VEVO,视觉超音速)。在超声过程中,小鼠禁食8 h和腹腔内注射1.5%戊巴比妥(45毫克/公斤)10分钟前手术麻醉的动物。左心室前壁(LVAW)和后壁(LVPW)厚度和内部直径(LVID)测定在舒张期和收缩期阶段。心脏功能参数计算与软件提供基于获得的测量系统。

2.9组织学和免疫荧光检查

动物被牺牲,器官被孤立起来,转移到埃普多夫管已经预装好的有4%多聚甲醛。石蜡包埋组织标本被用来准备4-μm-thick部分。组织病理学检查,部分受到马森染色例行程序,然后用Pannoramic扫描仪扫描在明视场模式。后免疫荧光检查,deparaffinization补液,抗原与目标检索解决方案进行检索,部分被封锁和各自的初级抗体孵育过夜在4°C。然后,部分与PBS和孵化洗二次抗体1 h在黑暗中。最后,部分解决可视化与DAPI染色细胞核。心脏成像部分与Pannoramic扫描仪进行荧光模式。图像扫描服务支持Servicebio科技有限公司有限公司(武汉,中国)。

2.10血液样本和生化分析

所有动物的血液样本被收集在肝素抗凝管然后离心机在4°C 3000 rcf 10分钟。上层清液被隔离并存储在−20°C生化测量。UA浓度测量QuantiChromTM尿酸测定工具包(猫。diua - 250、生物测定系统、美国)根据制造商建议的协议。

2.11 RNA-seq分析

细胞样本收获RNAiso加试剂24 h后立即治疗空白包含15 mg / dL UA中等或中等。然后,样本立即冻结,储存在−80°C。干冰的冷冻样本被送往Majorbio有限公司有限公司(上海,中国),排序。RNA-seq执行使用Illumina公司NovaSeq 6000平台。生成的原始读取提交NCBI序列读取档案(SRA)轴承加入PRJNA846497数量。

2.12 Lipidomics分析

细胞样本收获直接与细胞刮刀与预冷治疗24小时后解决方案(甲醇:乙腈:水= 2:2:1),其次是转移到1.5毫升离心管。老鼠的心脏被收集到一个2.0毫升离心管1周后直接建模。然后,样本立即冻结,储存在−80°C。干冰的冷冻样本被送往Majorbio有限公司有限公司(上海,中国),lipidomics分析。Lipidomic数据存入中国数据库资源库(CNGBdb) CNP0003906加入代码。

2.13量化和统计分析

所有的条形图和箱形图使用GraphPad棱镜生成9。通过使用R3.4.2软件生成的生物信息学数据。免疫印迹的量化与ImageJ执行。两组进行比较通过一个未配对的双尾学生的学习任务。多个组比较通过单向方差分析与两级Benjamini的线性升压过程,Krieger Yekutieli。P < 0.05被认为是显示统计学意义。数据意义被形容为*p< 0.05,* *p< 0.01,* * *p< 0.001。

3的结果

3.1 UA-induced心肌细胞损伤与胞质脂质过多有关

心肌细胞损伤被认为是LVR的原因。我们假设FA代谢功能障碍可能会造成UA-induced心肌细胞损伤。首先,我们研究了细胞生存能力和胞质脂质接触UA在不同浓度下的变化。MTT试验表明,UA显著降低心肌细胞生存能力剂量依赖性的方式在48 h和72 h (图1一个)。这一结果与先前的报道是一致的(燕et al ., 2018;Zhang et al ., 2020)。确认是否UA诱导心肌细胞损伤伴有FA新陈代谢,我们检查了胞质脂质通过执行油红O染色可视化。结果表明,经过24小时的治疗UA,红染色,代表脂质沉积,也增加剂量依赖性的方式(图1 b;补充图1 d)。

理解是否UA-induced心肌细胞损伤与过度的胞质脂质,两种化学物质,LC,促进胞质氧化,TMZ,抑制胞质FA氧化,被用来观察对细胞活力的影响。与UA cotreatment后48 h, LC UA-induced减少心肌细胞生存能力的改善方式,存在剂量依赖的相关性最强的保护作用在100μM (图1 c),而TMZ没有任何保护,甚至加剧了UA-induced减少心肌细胞生存能力的浓度1μM (图1 d)。与UA cotreatment后24 h,油红O染色观察使用LC和TMZ UA-induced脂质沉积的影响。LC获救UA-induced胞质脂质沉积,TMZ加剧UA-induced胞质脂质沉积(图1 e;补充图1 e)。

3.2 UA-induced胞质脂质沉积与抑制CPT1B相关联

胞质脂类的体内平衡是维持细胞外吸收和消除细胞内。所示图2一个在周围的微环境,免费FA进入细胞通过FA移位酶(CD36) FA-binding蛋白质(FABP)和FA-transport蛋白质(FATP)细胞膜。在线粒体外膜,足总被转化为脂肪酰coa酰coa合成酶(ACSL、ACSM ACSS)。随后,脂肪酰coa转化为脂肪acylcarnitine CPT1催化和转移到内心的线粒体膜,并从acylcarnitine CPT2重新生成脂肪酰coa。在线粒体基质中,酰coa脱氢酶(ACADL, ACADM,阿德莱德大学,ACADSB ACADVL)和hydroxyacyl-CoA脱氢酶(HADH、HADHA HADHB)催化脂肪酰coaβ-oxidation生成乙酰辅酶a。最后,乙酰辅酶a完全氧化为二氧化碳和水通过三羧酸循环(TAC)来产生能量通过一系列的催化酶。

识别的关键步骤和因素UA扰乱了心肌细胞脂质稳态,RNA-seq进行阐明内生监管下的心肌细胞FA新陈代谢UA刺激24 h。全球转录的热图显示强劲的RNA-seq基因表达谱的数据收集从心肌细胞有或没有UA接触(补充图2一个)。一个马情节图显示,UA刺激后,共有1408个基因显著调节,而1716个基因显著下调(补充图2 b)。KEGG通路富集分析表明,影响新陈代谢的调节基因与路径有关,如胰岛素抵抗和AMPK信号通路,而与氧化磷酸化相关的表达下调基因(补充图2 c, D)。RNAseq微分表达式分析显示的表达FABP3、CPT1 ACSL3 ACADM,CS明显受UA刺激(图2 b)。众所周知,脂质沉积的主要原因是足总吸收和β-oxidation。因此,基因表达显著差异表达基因RNAseq被qPCR检查。UA调节CPT1A和CPT1B而表达下调表达FABP3剂量依赖性的方式(图2 c)。基因表达调控是蛋白质水平变化的反馈。识别的关键蛋白质,直接受到UA、免疫印迹分析。UA曝光后1 h, CPT1B的蛋白质水平显著减少剂量依赖性的方式,而FABP3和CPT1A显示无显著差异(图2 d, E)。

3.3 Lipidomics透露,UA增加心肌细胞glycerolipids

FA异常代谢失衡的根本原因是细胞脂质成分。减少大量的有益的脂质物种或丰富的细胞毒性的增加脂质物种可以诱导lipotoxicity,从而引发一系列细胞内事件,包括胰岛素抵抗和内质网应激(曹et al ., 2011;汉和考夫曼,2016)。进一步了解UA-induced FA代谢障碍所带来的影响在cardiomyocytic脂质成分,心肌细胞治疗UA 24 h和相应的控制细胞受到诸多lipidomic分析血脂特征差异。

所示补充图3,1349年lipomic分析产生可检测代谢物。其中,961种代谢物被发现在正离子模式下,和388种代谢物在负离子模式下被发现。此外,398种代谢物可以分配给类与人类代谢组相比,数据库(HDMB) (补充图3)。这些398种代谢物被列为239 glycerophospholipids 134 glycerolipids 24鞘脂类和一个脂酰脂质(补充图3 b)。PLS-DA分数散点图,lipidomic概要文件控制和UA-treated心肌细胞的组都很不同,和组件1解释方差的93.53% (图3一)。R2Y和Q2表示模型的拟合优度补充图3 c)。在398种代谢物,188种丰度显示显著差异(图3 b)。在134 glycerolipids, 36种明显调节,而一个物种是表达下调。在239 glycerophospholipids, 15种明显调节,而122种表达下调。在24鞘脂类,两个物种明显调节,而12种表达下调(图3 c)。脂酰脂质没有显著差异。专注于最重要的代谢产物导致控制和UA-treated心肌细胞之间的差异,只有代谢物通过PLS-DA VIP的标准分数> 1被选为判别代谢物(图3 d;补充表3)。五大重要调节甘油三酸酯(TGs) TG (15:0/16:0/22:6), TG (18:0/18:1/24:0), TG (15:0/16:0/24:0), TG (16:0/16:1/16:1), TG (15:0/14:0/14:0)。只有三个diaglycerides (DGs)是重要的调节,包括DG (15:0/18:1)、DG (18:1/20:3), (16:0/14:0) (图3 e)。分析频率的FA酯化TGs和DGs显示,16:00时,18:00,18:01三大最高频率调节TGs (补充图3 d),而18:01最高频率调节DGs (补充图3 e)。

3.4 Lipidomics透露,华glycerolipids增加小鼠的心

确认是否花的影响在活的有机体内心脏脂类代谢,华小鼠模型构造根据我们之前发表(林et al ., 2022)。心脏组织收获了1星期后分析华归纳。lipomic分析小鼠的心脏产生了1368可检测代谢物。其中,950种代谢物被发现在正离子模式下,和418种代谢物在负离子模式下被发现。此外,496种代谢物可以分配给类相比之下HDMB (补充图4)。这些496种代谢物被列为268 glycerophospholipids 191 glycerolipids 36鞘脂类和一个脂酰脂质(补充图4 b)。PLS-DA分数散点图分离空白和华集团,和组件1解释了65.8%,而组件2解释方差的25.8% (图4一)。R2Y和Q2表示模型的拟合优度补充图4 c)。在496种代谢物,159种丰度显示显著差异(图4 b)。在191 glycerolipids, 52个物种明显调节,而13种表达下调。在268 glycerophospholipids, 22个物种明显调节,而60种表达下调。在36鞘脂类,一个物种明显调节,而11种表达下调(图4 c)。脂酰脂质没有显著差异。PLS-DA VIP的代谢产物与标准分数> 1被选为判别代谢物所示图4 d;补充表4。五大重要调节TGs TG (15:0/12:0/14:0), TG (16:0/12:0/14:0), TG (16:1/16:1/16:1), TG(16:1/14:1/16:1)和TG (14:0/18:2/18:3)。五大重要调节DGs DG (18:3/18:2), DG (18:2/18:2), DG(16:1/18:1),(16:1/18:2)和DG (18:1/22:5) (图4 e)。分析频率的FA酯化TGs和DGs显示,16:00时,16:01,18:01三大最高频率调节TGs (补充图4 d),而18:01,18:02最高频率调节DGs (补充图4 e)。此外,油红O染色显示它可以观察脂滴在华的一些部分小鼠心脏(补充图4 f)。

3.5在活的有机体内CPT1B抑制内生LC与减少有关

我们进一步检查的性能CPT1B华小鼠的心脏组织。等离子体UA检查表明,华模型小鼠显示显著增加血浆UA水平相比空白控制老鼠(图5一个),这表明动物模型的有效性。持续的在体外发现免疫印迹检测显示,CPT1B华模型组显著抑制蛋白水平与空白控制(图5 b, C)。这也是一致的在体外实验的基因表达CPT1B在华调节模型组与空白组相比,但是没有意义的差异(图5 d)。随后,整个心进行免疫荧光扫描和结果表明,CPT1B表达式有一个非均匀分布。心肌细胞接近左心室心内膜显示CPT1B蛋白质含量高于心肌细胞内字段。与空白对照组相比,心脏样本华集团CPT1B表达降低,尤其是在字段接近心内膜(图5 e)。

的在体外实验表明UA诱导胞质脂质沉积可以获救外生TMZ LC补充而进一步加剧了。这两种化学物质都是常用的药物在心血管疾病。因此,这两种药物的性能CPT1B值得讨论。CPT1B水平由不同的治疗在心脏组织中被ELISA量化分析,结果表明华诱导CPT1B抑制可以获救LC治疗。然而,TMZ在活的有机体内治疗也显示出一些改善CPT1B但是没有意义,这是不一致的在体外结果(图5 f)。

CPT1家庭的活动与内生LC的水平(Saraiva et al ., 2018)。因此,我们研究了等离子体浓度LC和心脏LC ELISA量化。结果表明,血浆和心脏LC浓度在华集团表达下调与空白组相比,这可能由外生LC或美联社获救。TMZ的性能并不是预测(图5 g, H)。在当前的研究中,所涉及的机制UA诱导cardiomyocytic损伤包括ROS / CaMKIIδ/帕金通路(高et al ., 2021),AMPK信号通路(焦et al ., 2021),NLRP3 inflammasome (Zhang et al ., 2020)和calpain-1和内质网应激(燕et al ., 2018)。我们构造的PPI网络通过使用CPT1B这些以前公布的路径预测的作用在UA CPT1B诱导信号级联(补充图5一个)。结果表明CPT1B UCP2和SLC2A4有关,它反映了线粒体解偶联和葡萄糖吸收(补充图5 b)。

3.6 LC改善HUA-associated左心室前壁厚度

LVR的起始和发展的病理基础是各种心脏疾病(Konstam et al ., 2011;Pezel et al ., 2021)。LVR增加壁厚,充分说明了在早期舒张功能不全。我们发现CPT1B抑制相关FA代谢障碍是UA cardiomyocytic诱导损伤的机制,可以由外生LC获救。随后,我们检查是否华可以改善LVR LC药理干预有关。

在整个实验期间,血浆UA水平在华,LC和TMZ团体仍显著高于空白组和AP组(补充图6)。与空白的老鼠相比,华老鼠的体重增加较慢;LC和AP显示一些能够改善这一现象,而TMZ几乎逆转的体重变化(补充图6 b)。超声心动图检查表明,华老鼠增加左心室前和后壁厚度diastolic-stage,和systolic-stage后壁,而增厚可以改善由LC和美联社的干预。TMZ显示无显著差异(图6 a e)。相应地,左心室内部维度和结束卷在华组与空白组比较,下降但LC干预改善HUA-associated减少内部尺寸和最终体积diastolic-stage而不是systolic-stage urate-lowering代理美联社一样,TMZ没有显示显著改善(图6外:我)。然而,TMZ干预增加射血分数和小数缩短,这一现象并没有观察到其他组(图6 j, K)。LC和TMZ干预改善HUA-associated体积,减少中风和美联社干预(图6 l)。LVR心肌间质纤维化是一种常见的病理变化可以描述为异常的胶原纤维沉积。间质纤维化也观察到在慢性华心在一个先前的研究(燕et al ., 2018)。随后,我们执行马森染色检查药物的影响针对FA HUA-associated间质纤维化。在小鼠中,华组的两个老鼠和两个LC组的老鼠表现出心肌间质纤维化。间质纤维化中没有观察到TMZ集团(图6米;补充图6 c)。

虽然在体外实验表明TMZ对UA诱导cardiomyocytic损伤加剧影响,在活的有机体内实验显示了相反的趋势。在心血管系统中,LC和TMZ不仅影响心肌细胞,也可能影响其他系统的工作其次是间接反馈心肌细胞。我们通过ELISA检测血浆儿茶酚胺,这也是一个危险因素导致LVR (科恩,2001)。结果表明,血浆肾上腺素华没有影响,但增加去甲肾上腺素在某种程度上,这可能是TMZ所救,美联社(补充图6 d)。这可能部分解释TMZ的抗纤维化作用。

4讨论

UA是内源性嘌呤代谢的终产物。在生理条件下,UA人类血液中浓度大约是5.8 mg / dL男性和女性(4.5 mg / dL铃木et al ., 2013)。华是一个血UA浓度异常升高引起的各种诱因,可以诊断为血UA≥7 mg / dL男性和女性血清尿酸≥6 mg / dL (Valsaraj et al ., 2020;Zhang et al ., 2020)。在华,所有器官都暴露在过度UA intraorganellar环境。代谢异常引起的暴露在过度UA是重要的中介因素的病理发展HUA-associated多器官并发症(Bergamini et al ., 2009;Borghi et al ., 2020)。痛风患者的心血管风险和死亡率可以减少通过UA排泄剂benzbromarone疗法(康et al ., 2021)。在许多组织中,可溶性尿酸被证明影响病理发展通过调节转化生长因子β1,烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶和活化蛋白激酶介导的活性氧和炎症(Madlala et al ., 2016;木村et al ., 2020)。这些机制都是密切相关的代谢紊乱。在这项研究中,我们证明UA-induced心肌细胞足总代谢功能障碍的原因是HUA-associated LVR,外源性药物干预针对FA新陈代谢,改善了HUA-associated左心室前壁增厚。

能量代谢在细胞生理功能方面扮演关键角色,及其与心脏病理过程的相互作用引起了广泛的兴趣。目前,心肌能量不足一直被视为一个机制的发病率和发展LVR (熊et al ., 2019)。以前,科学家们探索多种风险因素对心肌细胞能量代谢的影响,如交感神经兴奋、2型糖尿病、抗癌疗法和华(Desrois et al ., 2014;吴et al ., 2016;智et al ., 2016;李et al ., 2020)。也报道,UA治疗引起的心肌细胞ATP水平降低,这是一个指示器或能量不足(高et al ., 2021)。UA诱导胰岛素抵抗,进一步抑制GLUT4-mediated葡萄糖跨膜运输限制葡萄糖吸收由心肌细胞(智et al ., 2016)。然而,维持心肌细胞生理活动所需要的能量是由葡萄糖和FA新陈代谢,虽然英足总氧化而不是葡萄糖代谢是主要的能源来源(Lopaschuk et al ., 2010)。外生UA暴露诱导心肌细胞脂质沉积剂量依赖性的方式。过度在心肌细胞胞质脂质积累导致细胞lipotoxicity从而促进一系列有害的条件,如胰岛素抵抗、氧化应激(贾et al ., 2016;李et al ., 2020)。LC UA-induced脂质沉积可以减弱,促进FA线粒体消除。因此,UA有可能诱导心肌细胞足总代谢功能障碍。这将是有趣的探索UA的机制调节FA新陈代谢和确定意义的病理过程。

代谢FA与心肌细胞损伤引起的大量风险因素吸引了太多的关注。例如,增加2型糖尿病足总吸收和氧化的心脏(Rijzewijk et al ., 2009)、高salt-induced心脏肥大与没有FA新陈代谢的变化(Grover-McKay et al ., 1989)和扩张型心肌病与FA减少氧化(Davila-Roman et al ., 2002)。UA诱导心肌细胞胞质脂质沉积,一步主导这个过程值得探索。足总代谢可以分为四个步骤:膜transporter-mediated FA吸收、运输从细胞质到线粒体,β-oxidation和乙酰辅酶a的合成,TAC周期。关于UA-induced转录景观的变化,FABP3介导FA跨膜贩运,表达下调,而CPT1介导的线粒体运输和β-oxidation,调节。这个观察表明,心肌细胞触发自动补偿通过减少外源性FA吸收和增加细胞内的代谢反应过度的脂质在细胞质中。CPT1有三个亚型,CPT1A、CPT1B CPT1C。CPT1A表示在肝脏,肾脏,成纤维细胞,和心脏;CPT1B表达骨骼肌,心脏,和棕色和白色脂肪细胞;大脑和CPT1C表达(王et al ., 1998)。RNA-seq数据显示显著差异CPT1A和CPT1C而不是CPT1B,我们推测,这可能是因为这两种亚型显示,心肌细胞丰度低,从而更敏感。一个更精确的检查CPT1A和CPT1B表达式是由qPCR和记录显示的重要upregulationCPT1A和CPT1B。然而,免疫印迹分析显示,只有CPT1B被UA刺激抑制蛋白质水平。CPT1B是心肌细胞的病原反应酶介导FA运输到线粒体氧化(王et al ., 2020;Angelini et al ., 2021)。因此,我们的研究结果表明,UA可能引起代谢紊乱通过CPT1B-mediated线粒体运输。

大多数FAs细胞酯化甘油磷脂和鞘脂类(或组件舍甫琴科和西蒙斯,2010年)。FA代谢的失衡往往会破坏细胞脂质稳态和促进各种各样的疾病。UA水平增加了cardiomyocytic glycerolipids,而磷脂和鞘脂类水平降低了。Glycerolipids含有甘油三酯(TG)甘油二酯(DG)。TG的主要来源是能源生产FA, TG水平的增加是通用的标记细胞脂质过载(Listenberger et al ., 2003;Drosatos et al ., 2011)。DG可以作为第二信使调节细胞信号。DG超载也是导致胰岛素抵抗和内质网应激(不,舒曼,2010;Akoumi et al ., 2017)。UA增加心肌细胞glycerolipids,尤其是16:0和18:01 TGs。16:0 FA,也称为棕榈酸。棕榈酸是一个著名的风险因素cardiomyocytic凋亡和心脏肥大(赵et al ., 2016;Adrian et al ., 2017;王et al ., 2021)。在以前的出版物,棕榈酸与转录水平增加有关CPT1 CPT1蛋白质水平降低,这与我们的结果是一致的(员工et al ., 2013;温家宝et al ., 2017)。18:01 FA,也称为油酸。在最新的研究中,油酸为心肌细胞保护分子(Al-Shudiefat et al ., 2013;Samanta et al ., 2020)。油酸也增加转录CPT1水平(金正日et al ., 2013),这是与我们的结果一致,但对CPT1蛋白水平的影响并没有被报道。体贴的相反的棕榈酸和油酸对心肌细胞的影响,我们推测UA cardiomyocytic诱导损伤的程度与软脂酸和油酸的平衡。在华的条件,limited-consumption棕榈acid-rich食品可以帮助延迟心脏病理发展。

FA LVR代谢障碍是一个因素,和长期LVR创建一个恶性循环,加重心力衰竭的发展并导致其他心血管疾病预后不良(Lionetti et al ., 2011;巴比里et al ., 2019)。符合UA短期刺激心肌细胞的观察,有一个趋势CPT1B水平降低在华小鼠的心脏组织与空白相比控制老鼠。长期CPT1B抑制可引起lipotoxicity心里病态的压力下,导致更多的心肌细胞凋亡和恶化心脏肥大(他et al ., 2012年;Haynie et al ., 2014)。流行病学资料表明,血清尿酸水平与心脏肥大患者中潜在的风险因素,如肾移植、non-valvular心房纤维性颤动、代谢综合征和更年期(Caliskan et al ., 2011;Yu et al ., 2015;Yu et al ., 2015;梁et al ., 2016)。一致,我们的数据也表明,长期诱导小鼠LVR,心室壁增厚和减少内部直径。这些结果表明CPT1B inhibition-mediated FA代谢障碍的关键HUA-associated LVR。此外,CPT1B的性能表现出极大的个体差异在长期治疗的空白和模型组。一些研究人员提出,UA可以作用于心脏疾病在早期不稳定阶段,稳定阶段的其他因素可能掩盖它的影响(Maloberti et al ., 2021)。

优化的策略用于药理干预基于能量代谢障碍是临床药理学的焦点。影响细胞的能量代谢的药物目前可以分为三种类型:第一节课调节能量底物,利用LC和TMZ等;第二类增加线粒体能量转换效率和包括辅酶Q10;第三类包括高能磷酸化合物的直接补充,如磷酸肌酸。在这项研究中,FA-to-mitochondrial交通的关键HUA-associated LVR。因此,两种药物,LC和TMZ,被用来评估治疗效果在HUA-associated LVR。信用证是一种辅助,促进CPT1调解FA运输到线粒体基质β-oxidation (吴et al ., 2017)。TMZ可以抑制线粒体长链3-ketoacyl辅酶A硫解酶,因此显示了anti-β-oxidation效果(Marazzi et al ., 2007)。信用证产生的保护作用衰减HUA-induced左心室壁厚的变化,虽然TMZ没有引起任何改善。然而,尽管长期LC治疗改善HUA-associated LVR,心肌间质纤维化也观察到LC-treated老鼠,但纤维化可以获救TMZ以及美联社。我们指出华可能会增加去甲肾上腺素在某种程度上,可以通过TMZ获救和AP的治疗。去甲肾上腺素是一个著名的激素与血管收缩剂密切相关。增加去甲肾上腺素揭示潜在的减少氧气交付活动组织。比葡萄糖氧化FA氧化需要更多的氧气,LC刺激足总氧化伴随着增加耗氧量(Mollica et al ., 2001)。缺氧是一种危险因素,刺激心脏成纤维细胞生产,因此导致间质纤维化(王et al ., 2016)。因此,我们推测,间质纤维化中观察到华老鼠主要与去甲肾上腺素血管效应有关。从心肌细胞损伤的角度,LC干预是一种有效的解决方案来改善HUA-associated LVR。

一些限制我们的研究应该提到。华被诊断为UA≥7 mg / dL男性和女性血清尿酸≥6 mg / dL。更好地观察LVR和UA对心肌细胞的影响,我们使用了一个UA 15 mg / dL的浓度在体外实验和等离子UA的浓度在我10 - 20 mg / dLn体内实验。这个浓度UA发生在严重的高尿酸血在温和的情况下,并不能反映条件。慢性高尿酸血总是伴随着多个肾损伤等并发症,非酒精脂肪肝与代谢综合症。我们不能确保的病态发展直接从UA LVR造成伤害或这些并发症间接影响。总之,本研究显示功能障碍的线粒体细胞胞质运输FA UA-induced心肌细胞损伤起着至关重要的作用,从而促进LVR发展和确定CPT1B UA影响的关键因素。HUA-associated左心室壁增厚可以改善足总oxidation-promoting代理LC。这项研究提供了一个新颖的视角来改善我们的理解机制HUA-associated LVR和为药理干预提供了重要信息。然而,尽管我们已经表明FA新陈代谢的重要性HUA-associated LVR病态发展,它如何影响心脏疾病和如何优化metabolism-targeted治疗策略需要进一步调查。

数据可用性声明

在这项研究中提出的数据集可以在网上找到存储库。库的名称/存储库和加入数量(s)可以在文章中找到补充材料。

道德声明

动物研究回顾和批准机构南方医科大学动物保健委员会。

作者的贡献

YY, CL,残雪,摩根大通的构思和设计研究。YY心脏心肌细胞分化并提供执行。YY UA对心肌细胞的影响的实验进行可行性和脂质沉积。CL执行实时qPCR和免疫印迹。QiZ, LZ, YL、QH负责动物模型和药物干预。QiZ, LZ, YL、QH TW, ZZ,噢,YJ负责日常喂养动物和环境管理。CL、QiZ和LZ执行动物麻醉剂和心脏超声检查。所有的人参与活动的老鼠牺牲和组织收割。QuZ和XW提供后勤支持在活的有机体内和在体外实验。YY进行统计分析和生物信息学分析。YY, CL,残雪,JP写的手稿。

资金

这项工作是由广东基础研究和应用基础研究基金会(2020号a1515110876)和中国国家科学基金会(82104256)。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

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补充材料

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引用