基本信息
- 项目名称：
- MIF在心肌慢性缺氧适应中的作用及可能机制研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 紫绀型先心病患者长期面临低氧血症，临床发现此类患者术前最低的动脉血氧分压可达30mmHg左右，动脉血样饱和度仅70%，但是仍能够长时间维持一定的心功能。研究此类患者心肌慢性缺氧适应和代偿的分子机制，有广泛的应用前景。
- 详细介绍：
- 缺氧是一个古老的研究话题，到目前为止，缺氧对机体的影响以及机体对缺氧的确切适应机制尚不清楚。缺氧时心肌细胞能量代谢受损，其自身的能量代谢调节对心肌细胞的存活至关重要。既往研究表明腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）在心肌代谢调节中其重要作用，但是AMPK在慢性缺氧时是否激活、如何激活的机制尚不清楚。 巨噬细胞移动抑制因子（MIF）传统的被认为是炎症反应的重要调控因子，但是其在心肌细胞中的作用可能与感受细胞氧状态有关，MIF被认为是心肌细胞氧状态的感受因子。MIF在感受细胞氧状态后下游的效应方式尚不清楚。本研究将慢性缺氧和MIF、AMPK相联系，初步研究心肌慢性缺氧适应的可能机制。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 探讨巨噬细胞移动抑制因子（MIF）和腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）在心肌慢性缺氧适应中的作用及机制，为深入研究紫绀型先心病患者病理生理学变化提供理论依据。研究分两部分：观察慢性缺氧心肌组织中MIF mRNA和蛋白表达和AMPK的活化变化；建立慢性缺氧细胞模型，观察MIF mRNA和蛋白表达以及AMPK活化变化，进而探讨MIF和AMPK在慢性缺氧条件下参与心肌细胞能量代谢调节的作用及机制。
科学性、先进性及独特之处
- MIF被认为是心肌细胞氧状态感受因子，AMPK是心肌细胞能量代谢的关键激酶。而MIF和AMPK在心肌慢性缺氧中的作用尚无研究。采用慢性缺氧心肌组织和缺氧培养的心肌细胞，应用免疫组化、Western Blot和RT-PCR等技术分别在体内标本和体外细胞上检测MIF蛋白和基因表达变化以及AMPK活性变化。结果表明，慢性缺氧时，MIF表达增强，并可能通过诱导AMPK活化参与心肌慢性缺氧适应。
应用价值和现实意义
- 1、有助于回答为什么紫绀型先心病患者能在极端低氧的内环境下生存的科学问题；2、研究结果表明MIF可能是慢性缺氧时AMPK重要的激活因子，为深入研究AMPK的活化和作用机制提供理论依据；3、赋予了MIF参与心肌细胞代谢调节的角色，为正确、全面认识MIF在心肌细胞中的作用，开发MIF的治疗应用前景提供实验依据。
学术论文摘要
- 紫绀型先心病是临床常见的先天性畸形，心肌慢性缺氧是此类患者共同的病理生理过程，但到目前为止，心肌慢性缺氧适应的确切机制尚不清楚。为检测慢性缺氧条件下心肌细胞中MIF表达变化，研究MIF参与心肌慢性缺氧适应的可能机制，取右室流出道心肌组织，采用Western Blot检测MIF蛋白表达变化、AMPK和磷酸化AMPK的表达水平，用RT-PCR检测MIF mRNA在心肌组织中的表达情况，并用免疫组化染色检测MIF在心肌组织中的分布；另外，体外缺氧培养H9c2心肌细胞株，检测MIF蛋白变化、AMPK活性变化和MIF mRNA变化。结果发现：1、紫绀型患儿心肌组织中MIF mRNA和蛋白表达均增加，且与患儿术前缺氧程度成正相关；AMPK磷酸化水平显著升高。2、培养的心肌细胞在慢性缺氧下，MIF mRNA和蛋白表达水平，以及AMPK活性程度均显著增高，且表现出先逐渐升高后维持在高水平表达的趋势。 以上研究结果提示：慢性缺氧能诱导心肌细胞表达MIF增强，MIF可能通过诱导AMPK活化参与心肌慢性缺氧适应。为进一步深入研究心肌慢性缺氧适应提供了理论依据。
获奖情况
- 本作品主要内容在2009年的Clin Chem Acta 上以论著形式刊登，该期刊为英文SCI收录期刊，其2008年的影响因子为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.
鉴定结果
- 无
参考文献
- 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.
同类课题研究水平概述
- 紫绀型先心病是临床常见的疾病类型，慢性缺氧是此类患儿共同的病理生理过程。在慢性缺氧过程中，心肌细胞将产生一系列适应性改变，这些适应性改变是心肌细胞存活和生长的关键，被统称为心肌慢性缺氧适应，其中慢性缺氧时心肌代谢调节是心肌慢性缺氧适应的主要环节。心肌慢性缺氧适应的确切机制尚不清楚。 缺氧时组织适应性反应是通过缺氧诱导因子1(hypoxia-inducible factor 1, HIF-1)来实现。血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)，促红细胞生成素(erythropoietin, EPO)和转铁蛋白(transferrin, TF)等多种细胞因子表达水平均能够被HIF-1复合物调节。但是，这些受HIF-1调节的靶基因主要在改善组织供氧或提高氧的利用效率方面发挥作用，但是HIF-1影响心肌能量代谢的机制尚不清楚，其下游作用靶因子需要被进一步被鉴定。 另有研究表明：在缺氧条件下，离体培养的心肌细胞能增加MIF的释放，且MIF释放水平与缺氧时间和程度相关。因此，MIF被认为是心肌细胞氧状态的感受因子，被称为心肌细胞的“燃油表”。既往对肿瘤细胞的研究结果表明MIF编码基因的启动子区域有特异性的HRE片段，MIF表达受HIF-1的转录调控。鉴于MIF是新近被认识的HIF-1下游作用的靶因子，且MIF与心肌细胞氧状态密切相关，MIF理应在心肌慢性缺氧适应中发挥重要作用，但是目前的研究上不能阐释MIF在这一过程中的作用。 此外，既往研究证实MIF可能参与心肌细胞能量代谢调节，但是其作用机制一直不清楚，而最新研究结果表明，急性缺血时，心肌细胞中MIF的表达显著增加，MIF可进一步诱导活化AMPK，增加葡萄糖的转运，改善心肌缺血时能量代谢状态。研究还发现，急性心肌缺血或心肌梗塞时，使用MIF或MIF激动剂进行辅助治疗可活化AMPK。在缺血预适应实验中，MIF激动剂可通过增加AMPK的活性进而放大预适应。这一研究结果给我们以极大的启示，设想MIF可能通过诱导活化参与心肌慢性缺氧适应。但对于MIF和AMPK在心肌慢性缺氧适应中的作用，到目前为止，还没有相关的研究报道。
