研究目的:心肌梗死(Myocardial Infarction,MI)导致心肌细胞坏死和凋亡,并发生替代性心肌纤维化,严重损害心功能。心梗患者除了有效的临床治疗外,后期的康复治疗对改善心梗心功能和提高生存质量具有重要意义。研究发现,运动可以显著抑制心梗心肌氧化应激和炎症反应,降低细胞凋亡,改善心功能,但其具体机制尚未阐明。胰岛素样生长因子1(Insulin-like factor 1,IGF-1)是由肝和骨骼肌等器官分泌的与胰岛素结构类似的活性多肽,可促进细胞分化、抑制氧化应激和炎症诱导的细胞凋亡。运动可以显著升高骨骼肌、心肌和循环IGF-1水平,诱导骨骼肌和心肌肥大。本实验团队前期研究发现,间歇运动干预后,心梗大鼠心肌细胞IGF-1表达水平显著高于其他运动干预组,且对改善心肌梗死后的心功能效果显著,但其具体分子机制尚待深入研究。组蛋白甲基转移酶1(SET and MYND domain containing protein 1,Smyd1)只在心脏和肌肉中特异表达,在心肌细胞分化、成熟和心脏的肌节形成和肌纤维组装中发挥关键作用;运动通过激活IGF-1-PI3K-Akt通路产生心脏保护作用,但Smyd1是否参与运动刺激内源性IGF-1诱导的心脏结构与功能重塑?是否通过调节Smyd1的表达,调节细胞肌节组装发挥心脏保护作用,目前尚未见报道。本研究动物实验拟采用心梗小鼠模型,通过腹腔注射IGF-1R抑制剂NVP-AEW541,检测间歇运动对心梗心肌IGF-1、IGF-1R、Smyd1、α-actinin、细胞凋亡和纤维化及心功能的影响,探讨间歇运动通过IGF-1抑制氧化应激反应诱导的心肌细胞凋亡在改善心梗心脏功能中的作用;细胞实验采用H2O2干预制备氧化应激模型,AICAR干预制备运动效应模型,分别用rhIGF-1和NVP-AEW541处理,检测IGF-1、IGF-1R、Smyd1等表达和细胞凋亡;用Smyd1干扰和过表达病毒分别转染细胞,分别给予H2O2和AICAR干预,探讨IGF-1、Smyd1的关系及运动介导IGF-1调控Smyd1表达改善心梗心功能的可能机制,揭示间歇运动通过激活IGF-1/IGF-1R-PI3K-Akt信号通路,调节组蛋白甲基转移酶1(SET and MYND domain containing protein1,Smyd1)和细胞骨架蛋白c TnI和α-actinin表达,抑制心梗心脏氧化应激和细胞凋亡,改善心梗心功能的分子机制,以期为心肌梗死等缺血性心脏病的新治疗靶点以及运动康复措施和手段等的筛选提供一定的理论依据和实践支撑。研究方法:动物实验选取健康雄性8周龄C57BL/6J野生型小鼠60只,适应性喂养一周后,随机分为假心梗组(S组)、假心梗间歇运动组(SE组)、心梗组(MI组)、心梗+NVP-AEW541组(MIN组)、心梗间歇运动组(ME组)和心梗间歇运动+NVP-AEW541组(MEN),10只/组,共6组。采用经典的左冠状动脉前降支结扎法制备心肌梗死模型,其中S组和SE组只在心脏相同位置穿线不结扎。SE组、ME组和MEN组在术后1wk开始采用小动物跑台进行适应性间歇运动干预,适应性运动干预1wk后,进行4wk正式间歇运动干预。其中MIN组和MEN组术后1wk开始按照20mg/kg/d×4wk的方案,腹腔注射IGF-1R抑制剂NVP-AEW541。各组小鼠于4wk正式间歇运动干预结束后次日,用异氟醚借助小动物麻醉机持续麻醉,使用超声心动仪测定小鼠心功能指标后迅速开胸摘取心脏,用4℃预冷的生理盐水清洗残血后置入4%甲醛固定或液氮冷藏备用。超声心动仪测量并提取和计算小鼠心脏左心室收缩cAMP抑制剂期末径(LVIDs)、左心室舒张期末径(LVIDd)、左心室短轴缩短率(FS%)和射血分数(EF%),以评定心功能。HE染色观察并分析心肌细胞横截面积(CSA),Masson染色观察并分析心肌胶原容积百分比(CVF%)。细胞实验选用大鼠胚胎H9C2心肌细胞,分别使用50μmol/L H2O2或/和2mM AMPK激动剂AICAR干预细胞,建立细胞模拟氧化应激损伤模型、模拟运动效应模型,以及模拟运动与氧化应激损伤共同干预模型,同时分别设置IGF-1重组蛋白(rhIGF-1)干预组、IGF-1抑制剂(NVP-AEW541)干预组、Smyd1过表达病毒(Smyd1-OE)干预组和Smyd1干扰病毒(Smyd1-shRNA)干预组。倒置显微镜下观察并分析细胞形态变化;使用鬼笔环肽(FITC-phallodin)免疫荧光染色,观察H9C2细胞肌节F-actin组装情况;TUNEL染色检测小鼠心脏心肌细胞和H9C2细胞凋亡情况,RT-qPCR测定IGF-1和Smyd1的mRNA表达变化,Western blotting测定IGF-1、IGF-1R、Smyd1、MuRF1、α-actinin、p-PI3K、PI3K、p-Akt、Akt、Bcl-2、Bax、Cleaved-cahttps://www.selleck.cn/products/mln-4924.htmlspase3、F-actin、G-actin、p-AMPK、AMPK等的蛋白表达变化。研究结果:心梗和NVP-AEW541干预均可显著抑制心梗小鼠梗死周边区心肌细胞PI3K/Akt信号通路激活,降低心肌组织IGF-1、IGF-1R、α-actinin、Bcl-2/Bax表达和心肌细胞横截面积,升高心脏CVF%、LVIDd、 LVIDs和心肌Smyd1、 MuRF1、Cleaved-casMediator kinase CDK8pase 3表达,降低心脏EF%、FS%和心梗心功能,导致心肌细胞凋亡增加;间歇运动可显著激活心梗小鼠梗死周边区心肌PI3K/Akt信号通路,提升心脏EF%、FS%和心梗心功能,上调心肌组织IGF-1、IGF-1R、Smyd1、α-actinin、Bcl-2/Bax表达和心肌细胞横截面积,降低心脏CVF%、LVIDd、LVIDs和心肌MuRF1、Cleaved-caspase 3表达,抑制心肌细胞凋亡;Smyd1-shRNA干预可显著降低H9C2细胞α-actinin、IGF-1和IGF-1R表达,H2O2干预可显著上调Smyd1-shRNA转染的H9C2细胞α-actinin、IGF-1和IGF-1R表达;AICAR干预可进一步上调H2O2诱导Smyd1-shRNA转染的H9C2细胞α-actinin、IGF-1和IGF-1R表达;Smyd1-OE干预可显著升高H9C2细胞α-actinin、IGF-1和IGF-1R表达,H2O2干预可进一步上调Smyd1-OE转染的H9C2细胞α-actinin、IGF-1和IGF-1R表达,AICAR干预可上调H2O2诱导的Smyd1-OE H9C2细胞α-actinin、IGF-1和IGF-1R表达。研究结论:间歇运动显著激活AMPK和PI3K-Akt信号通路,上调IGF-1、IGF-1R和Smyd1表达,降低心梗心脏细胞凋亡,改善心功能。Smyd1参与调节细胞骨架蛋白c TnI和α-actinin等的表达,进而参与调节了心肌细胞肌节组装和细胞肥大,降低细胞凋亡,改善心肌细胞收缩功能,对心梗心脏发挥修复作用,该修复作用可被NVP-AEW541所抑制。