游离脂肪酸通过抑制AMPK/KLF2/eNOS信号通路诱导冠状动脉微血管功能障碍

Free fatty acids induce coronary microvascular dysfunction via inhibition of the AMPK/KLF2/eNOS signaling pathway.

作者信息Yanda Zhang, Jian Zhao, Changzhen Ren, Bowen Hu, Ru Ding, Zhiqing He, Chun Liang
PMID36928181
发布时间2023-04
DOI10.3892/ijmm.2023.5237

实验完整度

包含体内小鼠模型(脂质输注致CMD)和体外CMECs实验,并通过AMPK激活剂、KLF2过表达、siRNA和尼可地尔进行功能与机制验证。

主要模型

C57BL/6J小鼠CMD模型 小鼠心脏微血管内皮细胞(CMECs)

重点核对

脂质输注6小时建立CMD模型,需核对肝素浓度(20 U/ml)及输注速率(0.1 ml/h) 棕榈酸处理CMECs的浓度(0, 100, 200, 400, 800 µM)及时间(24小时) 尼可地尔给药剂量(1.95 mg/kg,腹腔注射,每日一次,共3天) AICAR给药剂量(0.5 mg/g,腹腔注射,每日一次,共3天) CFR测量时的异氟烷浓度(基础1%,充血2.5%)

摘要

血清游离脂肪酸(FFAs)水平升高与微血管功能障碍密切相关。在我们之前的研究中,通过脂质输注增加小鼠血清FFAs水平,成功建立了冠状动脉微血管功能障碍(CMD)模型。然而,其潜在机制仍知之甚少。因此,本研究旨在探讨FFA诱导CMD的机制。通过脂质联合肝素输注6小时建立CMD小鼠模型,以增加血清FFAs浓度。模型建立后,评估小鼠的冠状动脉血流储备(CFR)、白细胞活化程度和心脏微血管结构。用不同浓度的棕榈酸处理心脏微血管内皮细胞(CMECs),并评估细胞活力。通过免疫组化和蛋白质印迹分析检测AMP活化蛋白激酶(AMPK)、Krüppel样因子2(KLF2)和内皮型一氧化氮合酶(eNOS)表达水平的变化。随后设计使用AMPK激活剂、KLF2过表达质粒、小干扰RNA和尼可地尔的实验,以研究AMPK/KLF2/eNOS信号通路的潜在参与。这些实验表明,FFAs可诱导小鼠CMD,其特征是与对照小鼠相比,CFR降低(1.89±0.37对2.74±0.30)和白细胞粘附增加(4,350±1,057.5对11.8±5.4 cells/mm2)。与对照小鼠相比,CMD模型小鼠中CD11b表达和细胞内活性氧(ROS)水平升高。模型组血清TNF-α和IL-6水平高于对照组。透射电子显微镜显示,模型小鼠心脏组织中的CMECs严重肿胀。此外,棕榈酸以剂量依赖性方式降低CMEC活力并增加ROS产生。值得注意的是,AMPK/KLF2/eNOS信号通路在体内和体外均被FFAs抑制。用AMPK激活剂、KLF2过表达质粒或尼可地尔激活该轴可恢复CMD模型小鼠的CFR,抑制氧化应激并增加CMEC活力。总之,本研究结果表明,FFAs可通过抑制AMPK/KLF2/eNOS信号通路诱导CMD,而激活该通路可减轻FFA诱导的CMD,这可能是CMD的一种治疗选择。

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
游离脂肪酸(FFAs)通过何种机制诱导冠状动脉微血管功能障碍(CMD)?
核心机制
FFAs抑制AMPK/KLF2/eNOS信号通路,导致eNOS磷酸化减少,NO产生降低,从而损伤内皮细胞功能并诱导CMD。
主要证据
脂质输注小鼠模型中,AMPK、KLF2和eNOS表达下调,CMECs中棕榈酸剂量依赖性抑制该通路;AMPK激活剂AICAR、KLF2过表达或尼可地尔可恢复CFR、减轻氧化应激并改善细胞活力。
研究意义
激活AMPK/KLF2/eNOS通路可能是CMD的一种治疗选择。

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CMD小鼠模型

通过脂质联合肝素输注升高血清游离脂肪酸水平,建立冠状动脉微血管功能障碍模型。

C57BL/6J小鼠经颈静脉插管,输注脂质乳剂(20% Intralipid®)和肝素(20 U/ml,0.1 ml/h)6小时。

2

评估CMD表型

验证模型成功建立,并评估冠状动脉微血管功能损伤。

测量冠状动脉血流储备(CFR),评估白细胞粘附、心脏组织学和超微结构。

3

体外PA处理CMECs

研究游离脂肪酸(以棕榈酸为代表)对CMECs的直接损伤效应。

用不同浓度棕榈酸处理CMECs,检测细胞活力和ROS产生。

4

检测AMPK/KLF2/eNOS通路表达

明确FFAs对该信号通路的影响。

采用western blot和免疫组化检测心脏组织和CMECs中AMPK、p-AMPK、KLF2、eNOS、p-eNOS的表达。

5

干预AMPK/KLF2/eNOS通路

验证AMPK/KLF2/eNOS通路在FFA诱导CMD中的因果作用。

使用AMPK激活剂AICAR、KLF2过表达质粒和siRNA分别干预CMECs或小鼠,评估对通路蛋白、细胞活力、氧化应激及CFR的影响。

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。

建立疾病模型
检测分子表达变化
检测氧化应激和炎症
验证细胞功能
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
20% Intralipid®Fresenius Kabi Huarui Pharmaceutical Co., Ltd.--
尼可地尔Beijing Sihuan Kebao Pharmaceutical Co., Ltd.--
AICAR (5-氨基咪唑-4-甲酰胺核糖核苷酸)MedChemExpress--
2'-7'-二氯二氢荧光素二乙酸酯----
细胞计数试剂盒-8Shanghai DODGEN Chemical Technology Co., Ltd.--
游离脂肪酸含量检测试剂盒Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd.BC0595
小鼠TNF-α ELISA试剂盒Shanghai Xitang Biotechnology Co., Ltd.F11630
小鼠IL-6 ELISA试剂盒Shanghai Xitang Biotechnology Co., Ltd.F10830
抗KLF2抗体BIOSSbs-2772R
抗p-eNOS抗体Affinity BiosciencesAF3247
抗AMPK抗体Cell Signaling Technology, Inc.5832
抗p-AMPK抗体Cell Signaling Technology, Inc.50081
抗eNOS抗体Cell Signaling Technology, Inc.32027
抗GAPDH抗体Abcamab181602
Complete™内皮细胞培养基Sigma-Aldrich; Merck KGaA--
胎牛血清ScienCell Research Laboratories. Inc.--
青霉素/链霉素----
棕榈酸Sigma-Aldrich; Merck KGaA--
Lipofectamine® 3000转染试剂Thermo Fisher Scientific, Inc.--
KLF2过表达质粒Shanghai GeneChem Co., Ltd.--
靶向KLF2的小干扰RNASigma-Aldrich; Merck KGaA--
Embed-812包埋试剂盒Electron Microscopy Sciences--

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
动物模型建立
小鼠品系、性别、年龄、体重;脂质乳剂类型和浓度;肝素浓度;输注速率和时间;麻醉方式;给药途径。
阅读提示:Materials and methods: Animals and reagents, Establishment of the CMD model; Figure 1A
体内药物干预
尼可地尔剂量、给药途径、给药频率和持续时间;AICAR剂量、给药途径、给药频率和持续时间。
阅读提示:Materials and methods: Animals and reagents, Establishment of the CMD model, AICAR intervention; Figure legends for Figure 1 and 4
CFR测量
麻醉维持浓度;诱导充血所用异氟烷浓度;测量仪器和计算公式。
阅读提示:Materials and methods: Coronary flow reserve (CFR) measurement
体外细胞实验
CMECs来源;培养条件;PA浓度范围;处理时间;AICAR浓度;转染试剂和DNA/siRNA用量。
阅读提示:Materials and methods: Isolation and identification of CMECs, Determination of viability of CMECs, Cell transfection
分子检测
抗体货号和稀释比例;蛋白提取方法;上样量;检测仪器和软件。
阅读提示:Materials and methods: Western blot analysis of heart tissue and CMECs, Heart histological examination and ultrastructural analysis