文摘

激活AMPK保护心脏免受心脏缺血再灌注(IR)损伤和与抑制线粒体渗透性转换孔开放(PTP)。另一方面,药物抑制PTP减少梗死面积,改善心脏功能。然而,目前尚不清楚的AMPK通过PTP的有利影响,如果他们不是,是否同时激活AMPK和抑制对心脏的PTP发挥协同保护作用的红外受伤。在这里,我们审查的影响AMPK活化剂,A - 769662结合PTP抑制剂,sanglifehrin (SfA)在活的有机体内心脏IR。红外受伤后心脏功能障碍与减少活动有关的线粒体电子传递链(等)和线粒体ROS增加和PTP开放。管理- 769662或单独国家林业局在再灌注改善心脏功能,减少梗塞大小和抑制ROS生产和PTP开放。然而,同时国家林业局和a - 769662没有提供协同改善缺血后心脏复苏和线粒体功能,尽管这两个化合物中断IR-induced PPAR之间的交互α和CyP-D。总之,a - 769662或国家林业局防止PPARα与CyP-D互动,提高心脏的结果,增加线粒体功能,同时管理药物不提供协同效应。

1。介绍

AMPK是一种丝氨酸/苏氨酸激酶活性的增加细胞内腺苷酸水平。在心脏,AMPK可以调节细胞吸收和随后的脂肪酸进入线粒体脂肪酸氧化增加(1]。同时,AMPK刺激易位GLUT-4肌纤维膜增加葡萄糖的吸收(2和激活糖酵解3]。氧化反应和能源压力会激活AMPK心中引起缺血再灌注(IR) (4,5]。值得注意的是,增加心脏AMP / ATP比红外激活AMPK通过刺激苏氨酸(刺172年)磷酸化4]或抑制AMPK脱磷酸作用[5]。激活AMPK关闭能源消耗过程像蛋白质和脂质合成和刺激类似的机制从而保持ATP生产尽管心脏缺氧(6- - - - - -8]。先前的研究利用基因小鼠模型缺乏心脏α2-AMPK同种型有集体的差别表明,对这些AMPK诱发更大的心脏损伤,激活细胞凋亡,恶化心脏复苏后红外光谱(9,10),而激活AMPK保护心脏和改善线粒体功能(11]。

基于潜在疗效观察在动物模型中,广泛的研究已经完成开发药理AMPK的活化剂。早期研究认为,双胍类,包括二甲双胍,增加了磷酸化,激活AMPK,从而保护心脏免受红外损伤(12]。然而,二甲双胍的AMPK激活机制仍知之甚少。二甲双胍已被证明对多效性的影响,激活AMPK-independent通路细胞生存的13]。此外,大量研究表明,二甲双胍行为的抑制电子传递链(等)复杂,增加安保水平由于氧化磷酸化的抑制(14,15]。值得注意的是,AMPK活性的抑制使二甲双胍的心血管效应,表明AMPK的核心作用调节二甲双胍的有利影响。此外,二甲双胍的有利影响是废除p38增殖的抑制蛋白激酶和PKC13]。兴趣的发展一个更具体的AMPK激活识别了一个强有力的thienopyridone称为- 769662。而不是激活AMPK间接通过增加安保:ATP比例,a - 769662直接绑定到监管β亚基的AMPK,从而变构刺激AMPK [16]。a - 769662也已被证明能够抑制AMPK和增加AMPK抵抗脱磷酸化蛋白磷酸酶(17]。

心血管效应的AMPK激活与抑制线粒体渗透性转换孔(PTP) [18- - - - - -20.]。20元是一种非选择性通道,使线粒体渗透性任何溶质大约1.5 kDa,诱导线粒体肿胀。反过来,外膜破裂,释放出proapoptotic因素,最终刺激通过细胞凋亡或坏死细胞死亡21,22]。尽管分子的身份PTP复杂是有争议的,还有一个毛孔的关键调节器D (CyP-D),一个顺反异构酶发现只在线粒体基质,对适当的蛋白质折叠至关重要(23]。

在这项研究中,我们检查是否同时PTP和AMPK活化提供了协同抑制心脏保护在活的有机体内心脏IR。为了避免干扰AMPK-independent二甲双胍的影响,我们使用激活AMPK - 769662在这个研究。自从AMPK介导心脏保护通过抑制PTP开放,我们推测,国家林业局联合治疗和a - 769662不会提供协同效应。我们的实验显示,治疗SfA和/或a - 769662保护心脏功能和线粒体而不影响AMPK磷酸化。个人治疗减少线粒体ROS (mitROS)水平,改进等活动的复合物,并阻止IR-induced PPARα-CyP-D交互和PTP开放。国家林业局和a - 769662心脏红外没有提供协同心血管效应。

2。材料和方法

2.1。动物

男性Sprague-Dawley老鼠(250 - 275 g,查尔斯河,威明顿,MA)被安置在单个笼子在房间温度控制在一个固定的光暗周期。提供了水和食物随意。所有实验根据协议通过大学动物保健和使用委员会和符合国家研究委员会发表的实验动物保健和使用指南由美国国立卫生研究院(2011年,第八版)。

2.2。在活的有机体内心脏模型红外

动物麻醉的麻醉鸡尾酒包含(毫克/公斤体重,IP) 4.2甲苯噻嗪,氯胺酮87.5和0.88乙酰丙嗪和人工通风房间的空气使用小动物呼吸机(肯特科学Corp .)、托灵顿校区,CT)。呼吸率保持在每分钟65到70次,和体温维持在37°C,把动物放在恒温的手术表(24]。侧开胸进行公开的心。左前降枝冠状动脉结扎~ 3毫米从他们的起源与牢牢绑丝缝合(7),诱导心肌梗塞。心电图(ECG)记录监测心脏的电活动在整个手术用MouseMonitor(印度乐器,休斯顿,德克萨斯州)加热垫与针心电图线索。虚假的程序的绷带被放置在一个相同的时尚但不挂钩。由此产生的冠状动脉结扎(CAL)维持30分钟,缝合线被移除,其次是再灌注后24 h。动物被随机分为以下五组:虚假的(没有卡路里, )、红外光谱( ),红外+ SfA ( ),红外+ A - 769662(红外+, ),红外+ SfA + A - 769662(红外+ SfA +一个, )。动物没有后对心电图st段抬高的卡尔被排除在IR组有或没有治疗由于缺乏心肌梗塞。国家林业局(25毫克/公斤)- 769662(10毫克/公斤),或它们的组合是由静脉丸立即再灌注之前。SfA的剂量和a - 769662是基于以前的研究表明,国家林业局治疗(25)或a - 769662治疗(26)在小鼠模型的心血管效应在活的有机体内红外光谱。

2.3。超声心动图

超声心动图测量进行了如前所述[24]。简单地说,老鼠被麻醉,置于仰卧位。M-mode和2 d超声心动图获得图像高频8 - 4 MHz 10毫米宽带相控P10探头连接到数字便携式超声波系统Micromaxx (Sonosite Inc .)、十分WA)。LV的舒张压和收缩压测量维度(LVIDd LVIDs), LV收缩末期和舒张末期容量(LVESV LVEDV)和人力资源都被记录下来。然后,中风量(SV)、心输出量(CO),和射血分数(EF)被计算为SV = LVEDV−LVESV, , ,分别。

2.4。梗塞大小

老鼠被牺牲掉了,心被切除,血液被逆行灌注冲洗10分钟Krebs-Henseleit解决方案(27]。然后,心被安置在−20°C 1 - 2 h,手动切成5 - 6片均匀,磷酸盐缓冲剂和孵化20分钟(0.1 Na2HPO4和0.1不2阿宝4,pH值7.4在37°C)含有10毫克/毫升四唑氯(TTC)。一夜之间,心脏部分被固定在10%甲醛,然后拍照。心脏部分的数字图像分析了梗塞大小(TTC -)用NIH ImageJ软件。梗塞大小计算整个左心室的比例。

2.5。测量PTP开放在孤立的线粒体

线粒体的孔隙是由Ca2 +诱导线粒体肿胀孤立作为减少光散射测量在520 nm,如前所述[28]。线粒体包含50μg蛋白的孵化200年25°CμL缓冲区包含150毫米KSCN, 20毫米拖把,10毫米三次氮基三乙酸和2毫米,补充了0.5μ米鱼藤酮,0.5μM抗霉素,2μM A23187。线粒体肿胀是由CaCl逐渐增加2(100μ米每5分钟总共5次),和肿胀率是由监控减少光散射在525 nm,量化使用Spectramax M3板读者(分子器件、桑尼维尔,美国)。

2.6。线粒体等复合物酶活性

酶的活动等复合物在孤立心脏线粒体,测定如前所述[29日]。短暂,线粒体与高渗媒体稀释缓冲KH(25毫米2阿宝45毫米MgCl2和0.5毫克/毫升BSA),补充了皂苷(0.55毫克/毫升)。访问等复合物中嵌入内线粒体膜、线粒体被冻融破坏了三次,然后,孵化为30分钟4°C。热科学GENESYS所有测量记录十年代紫外可见分光光度计在30°C。活动都等情结归一化柠檬酸合成酶活性。

柠檬酸合成酶活性他决定通过测量热科学GENESYS辅酶A形成吗十年代紫外可见分光光度计,表示每毫克蛋白[nmol草酰乙酸/分钟28]。

2.7。线粒体ROS水平

Amplex红(生活技术,卡尔斯巴德,CA),一种染料能够与H2O2resorufin生产高荧光分子,用于分离线粒体ROS水平测量。线粒体与100年孵化μM Amplex红15分钟,荧光强度的量化使用Spectramax M3板读者(分子器件、桑尼维尔,美国)的激发460 nm和490 nm的排放。

2.8。sds - page及免疫印迹

蛋白质浓度在匀浆和线粒体由布拉德福德化验(Bio-Rad大力神,CA)。等量(50μg /)的蛋白质sds - page凝胶被加载到10%,运行,并转移到Amersham Hybond ECL硝化纤维素膜(通用电气医疗集团生物科技公司,皮斯卡塔韦,NJ)。膜免疫印迹,AMPK, P-AMPK (细胞信号,波士顿,MA), PPARα,P-PPARαSer21(圣克鲁斯生物技术、圣克鲁斯,CA)。信号使用热科学可视化皮尔斯ECL免疫印迹检测试剂(热科学,罗克福德,IL) 3000 VersaDoc凝胶成像系统(Bio-Rad大力神,CA)。

2.9。Co-Immunoprecipitation

蛋白质样本与anti-PPAR孵化α或者在4°C anti-CyP-D抗体在一夜之间,和免疫沉淀反应是收获Dynabeads®G蛋白(生活技术,卡尔斯巴德,CA)。免疫沉淀反应复合物被洗,然后进行sds - page,其次是使用抗体免疫印迹CyP-D (Abcam、剑桥、MA)或PPARα

2.10。统计分析

数据意味着±SE。由双尾学生的组间差异比较t测试。时被认为是具有统计学意义的差异

3所示。结果

3.1。心脏功能和梗塞大小

heart-to-body重量比率(HW / BW)增加了24% ( IR组)相比,Sham-operated老鼠。治疗- 769662和/或国家林业局显著预防IR-induced HW / BW比率增加(图1(一))。

接下来,我们决定的影响- 769662和/或国家林业局与TTC方法对梗塞大小。如数据所示1 (b)1 (c),梗塞大小为71% ( ),33% ( )和49% ( )在红外+ A - 769662、红外+ SfA和红外+ SfA +一个组,分别与IR组。有趣的是,国家林业局本身并没有减少梗塞大小的其他两个治疗(- 769662和国家林业局+ - 769662)。心脏功能的分析表明,老鼠接受红外51%和55% ( )降低心输出量和射血分数,分别比Sham-operated同行(数字2(一个)2 (b))。在所有治疗组,心输出量和射血分数显著保存相比IR(治疗)组。治疗组之间无显著差异观察关于心输出量和射血分数的变化。

整体而言,这些结果表明,激活AMPK和维护整个保护心脏抑制心脏红外通过减少梗塞大小和改善心脏功能。

3.2。AMPK和PPAR的磷酸化α

我们检查的影响- 769662和/或国家林业局AMPK和PPAR的磷酸化α在心脏IR。结果显示出2倍( P-AMPK和虚假的)增加Thr172在红外心中水平。用a - 769662治疗和治疗SfA IR-induced AMPK磷酸化的影响。然而,同时治疗与国家林业局和a - 769662返回P-AMPK的表达Thr172Sham-operated心(图中所示的水平3(一)和3(b))。同时,红外,有或没有治疗,增加P-PPAR水平α100%、88%、68%和68% ( )的红外光谱、红外+ A - 769662红外+ SfA和红外+ SfA + A,分别比虚假的集团(数字3(d)和3(e))。AMPK和PPAR的总水平α没有受到红外,有或没有治疗(数据吗3(c)和3(f))。

整体而言,这些结果表明,不同于二甲双胍,不使磷酸化AMPK - 769662在用力推172年。此外,心脏IR-stimulated PPARα磷酸化并不是阻止- 769662和/或国家林业局。

3.3。线粒体PTP开放和mitROS生产

在第二组实验中,我们评估的影响——769662年国家林业局,或者在心脏mitROS生产红外组合。我们测量H2O2水平隔离使用Amplex红测定线粒体。红外感应(54% )增加mitROS水平相比虚假的组,和治疗在再灌注- 769662和/或国家林业局封锁了IR-induced增加mitROS水平(图4(一))。自从mitROS水平升高的细胞损伤中起到关键作用的诱导PTP开放,我们评估是否影响毛孔打开心脏IR,有或没有治疗。如数据所示4 (b)4 (c)心被红外有80% ( Ca和虚假的)增加2 +全身的线粒体肿胀(PTP开放的标志),在所有三个治疗组明显下降(红外+ a - 769662红外+ SfA和红外+ SfA + a - 769662)。总之,这些数据表明,a - 769662治疗和/或国家林业局减少mitROS水平和PTP开放。

3.4。线粒体酶活性等

分析等复合物的酶活性表明,心脏红外复合物的活动能力降低,第三,第四,28%,44%,50% ( ),分别比Sham-operated动物(图5)。a - 769662治疗提高配合物的活动我和静脉,分别为23%和40% ( )高,分别,而IR组。同样,复合物的活动我和IV SfA-treated心里分别为38%和47% ( 分别为)更高,比未经处理的心。国家林业局的结合- 769662没有额外施加影响的活动等。同样,无论是a - 769662 SfA治疗,或是复杂的组合改进IR-induced镇压三世活动(图5 (b))。

接下来,我们测量了柠檬酸合成酶活性的标记线粒体质量。我们的研究结果表明,红外柠檬酸合成酶活性降低线粒体。- 769662 SfA治疗,或它们的组合并没有阻止红外光谱的影响,表明改进观测等复合物并不是由于增加线粒体质量(图5 (d))。

这些结果说明心脏IR的活动减少等复合体I, II, III和IV。此外,a - 769662和/或国家林业局显著预防失活的复合物,除了复杂的三世。

3.5。物理CyP-D和PPAR之间的互动α

在我们的在体外研究表明,氧化应激刺激PPAR蛋白质相互作用α和CyP-D H9c2 cardioblasts,这些相互作用阻止了二甲双胍(20.]。因此,我们试图检查是否PPARα和CyP-D交互发生在一个在活的有机体内心脏IR模型。我们应用两种截然不同的技术方法来验证和PPAR线粒体蛋白质免疫沉淀反应时的交互α或CyP-D抗体与CyP-D免疫印迹或PPAR紧随其后α抗体(图6(一)6 (b))。在这两种情况下,心脏红外显著增加PPAR之间的相互作用α和PTP调节器,CyP-D ( ),与虚假的集团相比。然而,治疗- 769662和/或国家林业局改善这种交互(数字6(一)6 (b))。总之,这些数据表明PPAR之间的物理相互作用的存在α和CyP-D IR, a - 769662和/或国家林业局能够废除这些交互。

4所示。讨论

这项研究表明,(我)SfA, a - 769662,或其组合减毒引起的心脏功能障碍和梗塞大小在活的有机体内红外光谱;(2)在活的有机体内心脏红外AMPK磷酸化的增加,影响治疗- 769662;(3)SfA, a - 769662,或它们的组合减少IR-induced mitROS心脏线粒体水平和PTP开放;(iv)在活的有机体内心脏红外感应PPAR之间的交互α和CyP-D被国家林业局减毒,- 769662,或它们的组合;(v) IR-induced下降等活动由国家林业局废除,a - 769662,或它们的组合。这些数据,首次提供证据,尽管AMPK活化和PTP开放发挥心血管效应在活的有机体内红外,同时应用两种治疗方法(SfA + - 769662)没有协同效应。

激活AMPK的a - 769662是为了保护内皮(30.,神经31日),和肝脏(32)细胞,以及全心(26,33),从氧化损伤。对红外损伤- 769662保护心脏,这种保护与降低梗塞大小和PTP开放Goto-Kakizaki糖尿病大鼠(18]。然而,没有研究阐明同时AMPK活化和PTP抑制对心脏的影响红外。我们的结果表明,a - 769662和国家林业局独立保护的心对心脏IR,就是明证减少梗塞大小和提高心输出量和射血分数。有趣的是,所提供的保护作用- 769662和国家林业局的联合治疗梗塞大小和心脏功能类似- 769662提供的孤独。只有基于这些数据,这些化合物是不可能得出结论是否有协同或nonsynergistic效果。有趣的是,国家林业局单独治疗没有降低梗塞大小- 769662,虽然保护心脏功能- 769662和- 769662 +国家林业局。这些结果表明,维护整个抑制心血管机制不是仅仅依赖减少梗塞大小,而是由于额外的有利影响,如冠状动脉血管舒张。这些发现的另一个可能的解释是,a - 769662也可以激活其他PTP-independent机制减少梗塞大小。

先前的研究发现,预处理- 769662没有刺激磷酸化的AMPK在刺172年在Langendorff-perfused老鼠心脏承受体外红外光谱(26]。然而,a - 769662治疗结合其他古典AMPK活化剂(二甲双胍,爱卡、苯乙双胍和寡霉素)诱导显著增加AMPK磷酸化和刺激葡萄糖摄取34]。有人建议,a - 769662不增加其磷酸化激活AMPK的刺172年α亚基的网站;它通过监管行为β亚基变构激活AMPK及其下游目标(26]。与此一致的是,我们观察到在P-AMPK没有进一步增加Thr172心使用a - 769662的水平。

有人建议,AMPK活化的心血管效应主要是通过线粒体介导的。线粒体分离出老鼠心脏表达kinase-dead (KD) AMPK证明增加过氧化氢生产和减少阻力PTP开放WT(同行相比35]。相反,预处理- 769662抑制PTP的形成,引起的体外红外,Langendorff-perfused心里18)和氧化应激在H9c2 cardioblasts [20.]。与这些研究一致,我们发现,a - 769662抑制PTP立即再灌注的原因在活的有机体内心脏IR。CyP-D PTP的主要监管机构,已成为一个重要的目标PTP抑制(21,36]。CyP-D药理抑制剂,CsA,国家林业局,已被证明减弱PTP开放,发挥心血管效应对红外(25,37- - - - - -39]。国家林业局是一个CsA模拟,与CsA,不抑制Ca的活动2 +激活磷酸酶,钙调磷酸酶(37]。此外,国家林业局和CsA通过不同的机制抑制PTP开放;CsA防止CyP-D互动与腺嘌呤核苷酸移位酶,另一个关键PTP调节器,而国家林业局抑制CyP-D[的酶活性36]。

值得注意的是,PTP开放发生在再灌注,但不是在缺血,并达到最大的10 - 15分钟内再灌注(36,40]。观察心血管效应只有在国家林业局管理第一次15分钟再灌注。国家林业局管理15分钟后再灌注心脏保护。没有体外红外损伤(39]。同样,国家林业局管理前5分钟再灌注显示明显减少梗塞大小(25]。符合这些研究,在我们的实验中,国家林业局是再灌注后立即接种,明显废除心脏功能障碍,减少梗塞大小。选择正确的时间管理PTP抑制剂显然是重要的治疗心脏红外最大保护作用。这个因素可能是马戏团的一个主要原因,最近的临床试验和CsA未能保护心脏免受STEMI患者再灌注损伤(41]。

虽然我们和其他人建立了AMPK活化的有利影响对心脏的红外通过PTP的形成,与AMPK-induced抑制相关的具体机制的PTP仍不清楚。一个潜在的机制可能涉及CyP-D的间接调制。我们曾表明,二甲双胍的有利影响线粒体是通过PPAR介导α,因为PPARα抑制剂GW6471预防心血管效应对红外的二甲双胍在老鼠的心脏19]。PPARα是中央介质参与线粒体转录网络,调节心脏线粒体代谢和生物转化在生理和病理条件下(42,43]。PPARα似乎是一个下游目标AMPK可以调节PTP的形成。事实上,我们的研究与培养H9c2细胞表明,H2O2PPAR全身的氧化应激促进蛋白质相互作用α和CyP-D PTP开放。相反,激活AMPK阻止这种交互,这表明AMPK间接参与调节孔隙形成通过减少PPAR之间的交互α与CyP-D [20.]。同样的,在活的有机体内心脏PPAR红外诱导蛋白质相互作用α和CyP-D(图6),预处理- 769662年废除这种交互,确认了先前观察到的结果与我们的在体外氧化应激模型。

我们的数据也表明,该机制的保护行动- 769662与磷酸化的PPAR无关α。抑制的PTP可能由于GSK-3磷酸化β下游的AMPK激活的目标。最近的研究表明,a - 769662增加GSK-3的磷酸化β,抑制PTP形成(18)和减少mitROS的水平(44在心脏IR。AMPK也可能通过抑制PTP CyP-D转译后的修改。先前的研究已经表明,乙酰化CyP-D [24,45)也可以启动与其他蛋白的相互作用,促进形成。我们已经表明,二甲双胍的有利影响与氧化应激损伤并不与CyP-D乙酰化和磷酸化有关,尽管其他类型的转译后的蛋白质可能涉及修改(23]。最近的研究证明了一个可能的角色AMPK-induced物抑制增加心脏线粒体的抗PTP开放在kinase-dead AMPK鼠标35]。然而,在我们先前的研究,具体物抑制剂SU3327 noninhibitory影响了线粒体PTP在老鼠的心脏受到全球红外(28]。

总之,a - 769662和国家林业局施加没有额外的保护对心脏功能的影响,线粒体等活动,PTP开放,或者mitROS水平相比,个人的治疗方法。另一方面,很难做出结论的协同效应- 769662和国家林业局与每个化合物治疗恢复的变化观察到红外假水平对大多数参数。还需要进一步的研究来阐明AMPK活化的协同效应和PTP抑制的分子机制和理解AMPK / PTP引发的心脏保护途径。

缩写

AMPK: 活化蛋白激酶
客服人员: 环孢菌素一个
CyP-D: 还有D
心电图: 心电描记法
等: 电子传递链
红外光谱: 缺血再灌注
HW / BW: 心脏重量和体重的比例
卡尔: 冠状动脉结扎
mitROS: 线粒体活性氧
PGC-1α: co-activatorγ- ppar 1α
PPAR: 过氧物酶体proliferator-activated受体
元: 渗透过渡孔
ROS: 活性氧
国家林业局: Sanglifehrin一
TTC): 2、3、氯化作用。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

作者的贡献

吉赛尔Barreto-Torres进行了研究,分析了数据,准备论文的草稿。Sabzali Javadov研究设计,数据的解释执行,贡献了重要的试剂,技术和工具,修订和批准的最终版本。

确认

作者感谢布莱恩Agostini批判阅读的手稿。本研究支持的NHLBI NIH SC1HL118669 (Sabzali Javadov),在某种程度上,由美国国立卫生研究院NIH R25GM061838和NIMHD RCMI格兰特G12MD007600。