外源性烟酰胺腺嘌呤二核苷酸减轻心脏骤停大鼠模型复苏后心肌和神经功能障碍

Exogenous Nicotinamide Adenine Dinucleotide Attenuates Postresuscitation Myocardial and Neurologic Dysfunction in a Rat Model of Cardiac Arrest

作者信息Chenglei Su, Yan Xiao, Guozhen Zhang, Lian Liang, Hui Li, Cheng Cheng, Tao Jin, Jennifer Bradley, Mary A Peberdy, Joseph P Ornato, Martin J Mangino, Wanchun Tang
PMID34637412
发布时间2022-02-01
DOI10.1097/CCM.0000000000005268

实验完整度

包含随机对照动物实验、血流动力学和心功能监测、神经功能评估、生存分析、线粒体呼吸功能检测及分子机制验证,具备功能验证和机制验证。

主要模型

Sprague-Dawley大鼠心脏骤停模型(6分钟未处理心室颤动+心肺复苏)

重点核对

NAD+给药剂量为20 mg/kg,于ROSC开始时静脉注射 心室颤动持续时间6分钟,后行心肺复苏 神经功能缺损评分(NDS)在ROSC后24、48、72小时评估 ATP水平在ROSC后4小时于心脏和脑组织检测

摘要

目标:探讨外源性烟酰胺腺嘌呤二核苷酸+(NAD+)在大鼠心脏骤停模型中对复苏后心肌和神经功能障碍的治疗潜力及其潜在机制。设计:将38只大鼠随机分为三组:1)假手术组,2)对照组,3)NAD组。除假手术组外,对照组和NAD组均进行6分钟未处理的心室颤动,随后进行心肺复苏。在自主循环恢复开始时静脉注射烟酰胺腺嘌呤二核苷酸+(20 mg/kg)。场所:大学附属研究实验室。对象:Sprague-Dawley大鼠。干预措施:烟酰胺腺嘌呤二核苷酸+。测量和主要结果:在基线和自主循环恢复后4小时内测量血流动力学和心肌功能。在自主循环恢复后72小时内进行生存分析和神经功能缺损评分。在大脑和心脏组织中测量三磷酸腺苷(ATP)水平。在自主循环恢复后4小时,评估分离的线粒体蛋白中的线粒体呼吸链功能、乙酰化水平以及Sirtuin3和NADH脱氢酶(泛醌)1α亚复合物9(NDUFA9)的表达。结果显示,与对照组相比,NAD+治疗改善了平均动脉压(自主循环恢复后1小时,94.69±4.25 mm Hg vs 89.57±7.71 mm Hg;p<0.05)、射血分数(自主循环恢复后1小时,62.67%±6.71% vs 52.96%±9.37%;p<0.05)、神经功能缺损评分(自主循环恢复后24小时,449.50±82.58 vs 339.50±90.66;p<0.05)和生存率。与对照组相比,NAD组的ATP水平和复合物I呼吸显著恢复。此外,NAD+治疗激活了Sirtuin3通路,下调了分离线粒体蛋白中乙酰化的NDUFA9。结论:外源性烟酰胺腺嘌呤二核苷酸+治疗减轻了复苏后心肌和神经功能障碍。其机制可能涉及保留线粒体复合物I呼吸能力和ATP产生,这涉及Sirtuin3-NDUFA9去乙酰化。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
外源性NAD+治疗能否减轻大鼠心脏骤停模型复苏后心肌和神经功能障碍,及其潜在机制是否涉及Sirtuin3。
核心机制
NAD+通过激活Sirtuin3,使NDUFA9去乙酰化,从而恢复线粒体复合物I的呼吸能力和ATP产生,进而改善复苏后心肌和神经功能障碍。
主要证据
在随机对照的大鼠心脏骤停模型中,NAD+治疗改善了平均动脉压、射血分数、心输出量、神经功能缺损评分和生存率;恢复了心脏和脑组织中的ATP水平和复合物I呼吸功能;并上调Sirtuin3表达、下调乙酰化NDUFA9水平。
研究意义
研究结果为开发治疗复苏后心肌和神经功能障碍的新策略提供了重要见解。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立心脏骤停模型并进行NAD+干预

建立大鼠心脏骤停模型,并在ROSC时给予NAD+或对照处理,以观察其对复苏后损伤的影响。

Sprague-Dawley大鼠随机分为假手术组、对照组和NAD组。除假手术组外,通过电诱导6分钟心室颤动,随后进行8分钟心肺复苏,在ROSC时静脉注射NAD+(20 mg/kg)或等量生理盐水。

2

评估血流动力学和心功能

检测NAD+治疗对复苏后心肌功能和血流动力学的影响。

在基线和ROSC后1、2、3、4小时记录主动脉压、右房压、ETCO2、核心温度、心电图,并用超声测量左心室容积、主动脉速度时间积分等参数,计算心输出量、射血分数和心肌性能指数。

3

评估神经功能和生存率

检测NAD+治疗对复苏后72小时内神经功能和生存率的影响。

在ROSC后24、48、72小时进行神经功能缺损评分(NDS),并进行生存分析。

4

检测组织ATP水平

评估NAD+治疗对心脏和脑组织能量状态的影响。

在ROSC后4小时取心脏和脑组织,使用ATP比色分析试剂盒检测ATP水平。

5

检测线粒体呼吸功能

评估NAD+治疗对心脏和脑组织线粒体呼吸链复合物功能的影响。

在ROSC后4小时取组织,使用高分辨率呼吸仪(Oxygraph-2k)检测线粒体常规呼吸和复合物I-IV的氧化磷酸化活性。

6

检测线粒体蛋白乙酰化和Sirtuin3通路

探索NAD+神经保护作用的分子机制,特别是Sirtuin3对NDUFA9乙酰化的调控。

提取心脏和脑组织线粒体蛋白,通过免疫沉淀和免疫印迹检测乙酰化NDUFA9、Sirtuin3和总乙酰化赖氨酸水平。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
PE-50导管Becton Dickinson--
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸SigmaN8410
WINDAQ软件DATAQ--
HD 11 XE超声系统Philips Healthcare--
ATP比色分析试剂盒ElabscienceEBSK157S
高分辨率呼吸仪Oroboros Instruments--
组织线粒体分离试剂盒Thermo Scientific89801
CHAPS去垢剂Thermo Scientific28300
蛋白A琼脂糖珠Cell Signaling Technology9863
乙酰化赖氨酸抗体Cell Signaling Technology9441
抗兔IgGCell Signaling Technology3423
抗NDUFA9抗体Abcamab14713
抗Sirtuin3抗体Cell Signaling Technology5490
抗乙酰化赖氨酸抗体Cell Signaling Technology9441
抗细胞色素c氧化酶亚基IV抗体Cell Signaling Technology4850T
PVDF膜----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型
大鼠品系、性别、体重、麻醉方式、心室颤动诱导和心肺复苏参数(如按压频率、通气参数、除颤能量)
阅读提示:Methods:Animal Preparation 和 Experimental Procedures
药物干预
NAD+剂量(20 mg/kg)、给药途径(IV)、给药时机(ROSC开始时)、溶剂(生理盐水)
阅读提示:Methods:Experimental Procedures
心功能监测
超声系统型号、测量时间点、计算参数(EF、CO、MPI)的公式
阅读提示:Methods:Hemodynamic and Myocardial Function Monitoring
神经功能评估
NDS评分标准、评估时间点(24、48、72小时)、评估者盲法
阅读提示:Methods:Survival Analysis and Neurologic Deficit Score
ATP检测
组织样本类型(心脏、脑)、取样时间(ROSC后4小时)、检测试剂盒和操作步骤
阅读提示:Methods:ATP Assays
线粒体呼吸功能
组织取样时间、呼吸仪型号、底物和抑制剂浓度及添加顺序
阅读提示:Methods:Mitochondrial Respiration Assays
分子机制检测
线粒体蛋白提取方法、蛋白量(400 μg)、抗体稀释比例、免疫印迹条件(凝胶浓度、转膜条件)
阅读提示:Methods:Isolation of Mitochondrial Protein, Immunoprecipitation, Immunoblotting