氢气改善高同型半胱氨酸血症的机制研究
氢气改善高同型半胱氨酸血症的机制研究
李娉
西南医科大学
高同型半胱氨酸血症(Homocysteinemia,HHcy)是由同型半胱氨酸(Homocysteine,Hcy)在体内的异常积累所导致的一种病理状态,会造成多种组织和器官损伤。HHcy与诸多疾病发生发展密切相关,被视为心血管疾病、神经系统疾病、脂肪肝的独立危险因素,我国HHcy的发病率较高,以血浆Hcy>10μmol为基线,发病率约为45%,高血压患者中更有约80%伴发HHcy,严重威胁人民健康。针对HHcy的干预措施,目前临床上建议使用维生素进行联合治疗,但该干预方式的治疗效果及预后改善仍存在一定争议,亟需探索出一种更为有效的干预措施。近些年,氢气在医学领域的研究受到了广大研究者重视。多种动物病理模型证实,氢气疗效显著且无明显不良反应,能够保护心血管,改善肝脏损伤,在临床上对许多疾病的治疗具有很大的应用前景。但目前氢气对HHcy的干预效果尚未有报道,对体内Hcy代谢途径的调控作用亦未被阐明。故本研究拟探究氢气干预对HHcy的改善作用及机制。该实验采用2%蛋氨酸饮食建立HHcy大鼠模型。检测发现,高蛋氨酸饮食(HMD)会造成大鼠血浆t Hcy浓度显著升高,给予氢气干预可明显改善HHcy。饲养期间监测大鼠体质量、摄食、肝重等基本指标,结果表明,模型组大鼠体质量明显下降,并且肝指数明显增大,而给予氢气干预后肝指数明显恢复。考虑到模型组大鼠肝脏体积较普食组异常增大,我们检测了HMD大鼠及氢气干预后大鼠血浆谷草转氨酶(Aspartate aminotransferase,AST)、谷丙转氨酶(Alanine aminotransferase,ALT)含量,分析了血浆及肝脏甘油三酯(Triglyceride,TG)、总胆固醇(Cholesterol,CHO)代谢,并进一步通过HE染色和油红染色在组织水平分析肝脏受损情况和脂质积累情况。我们的研究结果表明,高蛋氨酸饮食会导致大鼠脂肪变性,并伴有严重的高脂血症。相较于普食组大鼠,HMD大鼠血浆AST、ALT显著升高,肝脏功能出现明显异常,血浆CHO、TG含量显著提升;进一步对肝脏进行油红染色和HE染色发现,模型组大鼠肝细胞肿大,肝索紊乱,细胞内大量脂质蓄积,肝脏组织有明显损伤。而通过氢气干预后,大鼠的血浆AST、ALT、CHO、TG含量显著降低,肝脏脂质积累情况明显缓解,说明氢气干预可以改善高蛋氨酸饮食所致肝脏损伤及肝脂肪变性。接下来我们通过转录组学分析发现,氢气干预对HMD大鼠的基因表达有明显影响,而从KEGG信号通路富集气泡图推测,氢气可能参与了Hcy代谢途径中的转硫途径调控。我们进一步利用qPCR技术对转录组学差异基因富集通路进行验证,并对Hcy合成与代谢的其他通路的关键基因进行检测分析。结果显示,Hcy的合成途径中,与普食组相比,高蛋氨酸饮食会引起腺苷同型半胱氨酸水解酶样1(Adenosylhomocysteinase like 1,AHCYL1),腺苷同型半胱氨酸水解酶样2(Adenosylhomocysteinase like 2,AHCYL2)mRNA表达显著下降,给予氢气干预后,AHCYL1、AHCYL2 mRNA表达升高,而AHCYL1会抑制AHCY的活性,说明肝脏合成的总Hcy含量减少。在甜菜碱再甲基化途径中,与普食组相比,模型组甜菜碱同型半胱氨酸S-甲基转移酶2(Betaine--Homocysteine S-Methyltransferase 2,BHMT2)在转录水平的表达明显下降,给予氢气干预后,BHMT2 mRNA水平明显升高,提示氢气可能通过甜菜碱再甲基化途径促进Hcy代谢。转硫途径中,与模型组相比,氢气干预组胱硫醚-β合酶(cystathionine-β-synthase,CBS)在转录水平表达明显提高,对代谢物检测发现,氢气干预后大鼠肝脏中半胱氨酸(Cysteine,Cys)浓度明显升高,提示氢气可以通过转硫途径促进Hcy的代谢。环化途径中,高蛋氨酸饮食会引起联苯样水解酶(Biphenyl hydrolase-like,BPHL)mRNA显著降低,给予氢气干预后,对氧磷酶1(Paraoxonase1,PON1)、博来霉素水解酶(Bleomycin hydrolase,BLMH)以及BPHL mRNA明显提高,提示结合型Hcy向游离型转化增强说明,亦解释了氢气干预后为何肝脏游离型Hcy水平未明显降低。我们进一步对氢气改善HHcy的机制进行探讨。与普食组相比,模型组帕金森氏病蛋白7(Parkinson Disease Protein 7,PARK7)mRNA表达明显降低,给予氢气干预后,大鼠肝脏PARK7转录表达水平明显恢复,且其下游分子谷胱甘肽合成酶(Glutathione Synthetase,GSS)、谷氨酰半胱氨酸合成酶(gamma-glutamylcysteinesynthetase,Gclc)在转录水平的表达显著提高,Cys是Gclc、GSS的底物,提示氢气可能通过增加PARK7的表达提高Hcy向Cys的代谢转化。综上,氢气改善高同型半胱氨酸血症主要通过以下几种途径:(1)提高AHCYL1 mRNA表达,降低AHCY活性,减少Hcy的合成;(2)提高BHMT2 mRNA表达,通过甜菜碱再甲基化途径促进Hcy代谢;(3)提高PRAK7 mRNA的表达,刺激CBS mRNA表达,通过转硫途径促进Hcy代谢。
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