线粒体辅酶Q对高脂饮食大鼠心肌功能的作用

厉乔 陈斌 郑磊 叶薇 陆梦丽

●论 著

线粒体辅酶Q对高脂饮食大鼠心肌功能的作用

厉乔 陈斌 郑磊 叶薇 陆梦丽

目的 探讨线粒体辅酶Q（MitoQ）对高脂饮食大鼠心肌功能的作用。方法 将36只8周龄雄性SD大鼠随机分为高脂+MitoQ组（高脂饲料喂养16周后，加入MitoQ继续喂养4周）、高脂组（高脂饲料喂养20周）和正常对照组（基础饲料喂养20周）各12只。先行经胸常规超声心动图检测；再应用速度向量成像（VVI）技术测量乳头肌水平左心室短轴观各个节段最大收缩期运动速度（Vs）、最大径向应变（εr）、最大切向应变（εc）、最大收缩期径向应变率（SRr）、切向应变率（SRc）等指标；实验结束后处死大鼠进行组织学检查。结果 3组大鼠舒张末期室间隔厚度（IVSTd）、舒张末期左心室后壁厚度（LVPWTd）、左心室舒张末期内径（LVEDd）、左心室收缩末期内径（LVEDs）、射血分数（EF）、短轴缩短率（FS）比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。高脂组Vs、εr、εc、SRr、SRc均较正常对照组明显下降（均P＜0.05），亦低于高脂+MitoQ组（均P＜0.05）。高脂组较正常对照组心肌细胞排列紊乱，肌纤维断裂，心肌间质胶原纤维明显增生；高脂+MitoQ组较高脂组心肌细胞排列规整，未见明显的肌纤维断裂，心肌间质胶原纤维减少。结论 高脂饮食会损害大鼠左心室心肌收缩功能，MitoQ可起到一定的保护作用。

线粒体辅酶Q 高脂饮食 心肌功能 大鼠 速度向量成像

近年来，随着人们生活水平的提高和饮食结构的改变，高脂饮食人群逐年增多。研究表明高脂饮食可引起心肌代谢和心脏结构异常，使左心室功能受损[1]。线粒体辅酶Q（MitoQ）可降低线粒体活性氧水平，从而保护线粒体[2]。速度向量成像（VVI）技术是基于二维斑点追踪原理发展起来的超声新技术，是一种定量评价心肌功能的理想工具[3]。本研究旨在运用VVI技术评价心脏结构与功能，并结合组织学检查，探讨MitoQ对高脂饮食大鼠左心室收缩功能的影响。

1 材料和方法

1.1 实验动物 8周龄雄性SD大鼠36只，由温州医科大学实验动物中心提供；随机分为正常对照组、高脂组、高脂+MitoQ组，每组各12只。

1.2 饲养方法 正常对照组予基础饲料（温州医科大学实验动物中心提供）喂养20周；高脂组予高脂饲料（80%基础饲料+18%猪油+2%胆固醇）喂养20周；高脂+MitoQ组予高脂饲料喂养16周后，在饲料中加入MitoQ（232±4）mol/（kg·d）（美国Cell Signaling Technology公司）喂养4周[4]。

1.3 检查方法

1.3.1 超声心动图 使用Siemens公司Acuson Sequoia 512C彩色多普勒超声诊断系统，15L8-S线阵探头，探头频率为12～14MHz。SD大鼠腹腔注射3%水合氯醛；待充分麻醉后，心前区剃毛，接用针刺电极心电图标记心动周期，将探头置于大鼠心前区，探头与皮肤之间用耦合剂填充。先行经胸常规超声心动图检查，乳头肌水平左心室短轴观测量大鼠舒张末期室间隔厚度（IVSTd）、舒张末期左心室后壁厚度（LVPWTd）、左心室舒张末期内径（LVEDd）、左心室收缩末期内径（LVEDs）。机器自动计算射血分数（EF）、短轴缩短率（FS）。随后应用VVI采集连续3个心动周期乳头肌水平左心室短轴观的二维灰阶动态图像，所有动态图像存储在MO光盘。

1.3.2 VVI 将所得动态图像导入Siemens Sygno US Workplace3.01分析软件进行脱机分析。根据美国超声心动图学会制定的标准16节段法，将乳头肌水平左心室短轴分为6个节段，在一帧静态图像上分别描记心内膜和心外膜下心肌的节段点，在动态过程中，软件自动追踪并描记心内膜和心外膜，分析者调整描记点的位置，使采样点始终追踪心内膜和心外膜。从分析软件自动给出速度、应变、应变率曲线图，测量左心室各个节段内膜下心肌最大收缩期运动速度（VS）、最大径向应变（εr）、最大切向应变（εc）、最大收缩期径向应变率（SRr）、切向应变率（SRc）等指标。在短轴观，径向应变为左心室各壁指向心腔中央的形变，为正值；切向应变指心肌沿着圆周方向的形变，为负值（本研究取绝对值进行比较），见图1（插页）。随机抽取18只大鼠，由2位不同操作者分别进行图像采集、参数测量和数据分析，间隔2周后由同一位操作者进行图像采集、参数测量和数据分析。不同观察者间VS、εr、εc、SRr、SRc各指标之间变异系数分别为10.81%、8.51%、7.81%、8.15%和9.32%，同一观察者不同时间点上述指标的变异系数分别为8.24%、10.89%、7.80%、8.13%和7.63%；以上说明重复性较好。

1.4 组织学检查 实验结束后处死大鼠，取部分左心室心肌组织，用10%甲醛溶液固定，石蜡包埋，切片，HE染色、Masson染色，在显微镜下观察各组大鼠心肌组织的病理变化。

1.5 统计学处理 应用SPSS17.0统计软件。计量资料用表示，多组间比较采用单因素方差分析，两两比较采用LSD-t检验。

2 结果

2.1 超声心动图指标分析 3组大鼠IVSTd、LVPWTd、LVEDd、LVEDs、EF、FS值比较，差异均无统计学意义（均P＞0.05），见表1。

表1 3组大鼠超声心动图指标比较

2.2 VVI参数分析 3组大鼠VVI参数在各个节段呈均一性分布，因此本实验引入了各个指标6个节段的平均值作进一步分析。高脂组Vs、εr、εc、SRr、SRc均较正常对照组明显下降（均P＜0.05），亦明显低于高脂+MitoQ组（均P＜0.05），见表2。

2.3 组织学检查结果 HE染色可见正常对照组心肌细胞排列整齐，细胞核大小均一，胞质染色均匀；高脂组心肌细胞排列紊乱，细胞核大小不规则，细胞内可见肌纤维断裂；高脂+MitoQ组较高脂组明显好转，心肌细胞排列较为规整，未见明显的肌纤维断裂，见图2（插页）。Masson染色可见胶原纤维呈蓝绿色，心肌纤维呈红色或黄色，其中正常对照组胶原组织分布均匀，排列整齐；高脂组心肌间质胶原纤维明显增生，排列紊乱；高脂+MitoQ组较高脂组心肌间质胶原纤维减少，相邻细胞的胶原纤维排列较整齐，见图3（插页）。

3 讨论

流行病学资料提示高脂饮食人群存在心血管相关危险因素。在高脂饮食模型中发现氧化应激增加、内皮功能障碍；在氧化应激促进动物模型中，代谢综合征的发展会引起一系列临床症状，包括胰岛素抵抗、肥胖、高血压、心血管疾病等[5]。高脂血症及其靶组织的脂肪变性会进一步增加血循环及靶组织的氧化应激水平[6]。随着体脂增多以及代谢需求增加，心搏出量和心率相应增加，同时伴有血压升高、血液黏稠度增加等一系列病理生理学的改变，从而使心脏负荷增加，导致代偿性心肌肥厚，引起心肌重构[7]。高脂饮食引起心功能损害可能与心肌肥厚和超微结构的损害有关。

表2 3组大鼠VVI参数比较

MitoQ是线粒体靶向抗氧化剂，可聚集在线粒体内，从而降低线粒体活性氧水平，通过减少氧化损伤来保护线粒体[8]。本研究组织学检查结果显示，高脂组较正常对照组心肌细胞排列紊乱，肌纤维断裂，心肌间质胶原纤维明显增生，过量的胶原纤维沉积于心脏；高脂+ MitoQ组较高脂组心肌细胞排列规整，未见明显的肌纤维断裂，且心肌间质胶原纤维减少，说明MitoQ能减轻高脂饮食引起的氧化应激损伤，减少胶原纤维沉积。这与国内某动物实验研究结果类似[9]。VVI技术是基于斑点追踪原理，不受任何检查角度的影响，可反映各个方向的心肌运动，量化心肌组织的结构力学向量，有助于提高心血管疾病检查的准确性[10]。本研究应用VVI技术检测高脂饮食大鼠左心室的室壁运动，发现3组大鼠左心室壁乳头肌水平6个节段各VVI参数的分布具有均一性，表明乳头肌水平心肌的病变是弥漫性的。高脂饮食主要通过弥漫性损伤心肌微循环和心肌细胞来破坏心脏功能，与冠心病有所不同，后者是由节段性冠状动脉完全或不全堵塞引起节段性的心肌功能损伤[11]。本研究VVI参数分析显示，高脂组较正常对照组VS、εr、εc、SRr、SRc均明显下降，提示高脂组大鼠心肌功能已受损。高脂+MitoQ组较高脂组VS、εr、εc、SRr、SRc均有升高，提示MitoQ能改善高脂饮食引起的心肌损伤，但未能恢复至正常水平，可能与高脂心肌损伤机制复杂、MitoQ无法完全抑制其病理改变有关。

综上所述，高脂饮食会损害大鼠左心室收缩功能，而MitoQ可起到一定的保护作用。

[1]Wang H T,Liu C F,Tsai T H,et al.Effect of obesity reduction on preservation of heart function and attenuation of left ventricular remodeling,oxidative stress and inflammation in obese mice[J].J TranslMed,2012,10:145.

[2]蒙萍,马慧萍,景临林,等.线粒体靶向抗氧化剂MitoQ的研究进展[J].解放军医药杂志,2014,26(12):108-111.

[3]卫张蕊,张军,张海滨,等.速度向量成像结合潘生丁负荷在糖尿病大鼠心肌收缩功能评价中的应用价值[J].中华超声影像学杂志,2010,19 (10):888-892.

[4]Smith R A,Porteous C M,Gane A M,et al.Delivery of bioactive molecules to mitochondria in vivo[J].Proc Natl Acad Sci USA, 2003,100(9):5407-5412.

[5]Hutcheson R,Rocic P.The metabolic syndrome,oxidative stress, environment,and cardiovascular disease:the great exploration[J]. Exp Diabetes Res,2012:271028.

[6]Savransky V,Nanayakkara A,Li J,et al.Chronic intermittent hypoxia induces atherosclerosis[J].Am J Respir Crit Care Med, 2007,175(12):1290-1297.

[7]常颖,李传保,陈玉国,等.超声评价非诺贝特对肥胖大鼠心肌重构作用的实验研究[J].中华超声影像学杂志,2014,23(2):150-153.

[8]Mercer J R,Yu E,Figg N,et al.The mitochondria-targeted antioxidant MitoQ decreases features of the metabolic syndrome in ATM+/-/ApoE-/-mice[J].Free Radic Biol Med,2012,52(5):841-849.

[9]胡波,李德才.高脂饮食对糖尿病大鼠心肌损伤的研究[J].四川医学, 2013,34(9):1296-1298.

[10]Wei Z,Su H,Zhang H,et al.Assessment of left ventricular wall motion in diabetic rats using velocity vector imaging combined with stress echocardiography[J].Echocardiography,2008,25(6): 609-616.

[11]Chen K J,Shi D Z,Fu C G,et al.Diagnostic criterion of blood stasis syndrome for coronary heart disease:activating blood circulation committee of chinese association of integrative medicine[J].Chin J Integr Med,2016,22(11):803-804.

Protective effect of MitoQ on myocardial function in high-fat diet rats

LI Qiao，CHEN Bin，ZHENG Lei，et al.Department of Ultrasonography，the First Affiliated Hospital of Wenzhou Medical University，Wenzhou 325000, China

【 Abstract】 Objective To investigate the effect of MitoQ on myocardial function in high-fat diet rats. Methods A total of 36 male 8-week-old SD rats were randomly assigned to high-fat diet with MitoQ treatment group,high-fat diet group and normal diet group(n=12,in each group).Rats in control group were fed with basic diet,rats in high-fat diet group were fed with high-fat diet for 20 wks,and those in high-fat diet with MitoQ group fed with high-fat diet for 20 wks and MitoQ was added from wk16 till wk 20.Transthoracic routine echocardiography and velocity vector imaging (VVI)were performed in 3 groups,and parameters Vs,εr,εc,SRrand SRcwere measured at papillary muscle level in left ventricular short axis view.By the end of experiments animals were sacrificed for histological examination. Results There were no significant differences in IVSTd, LVPWTd,LVEDd,LVEDs,EF and FS among 3 groups(P＞0.05).The Vs,εr,εc,SRrand SRcin high-fat diet group were significantly lower than those in normal control group(P＜0.05)and those in high-fat diet with MitoQ treatment group(P＜0.05).Compared to control group,histological examination showed that there were disorder of myocardial cells arrangement and muscle fiber fracture,significant increasing of collagen fibers in intercellular substance,and the deposition of collagen fibers in heart.However, these histopathological changes were attenuated in high-fat diet with MitoQ group. Conclusion High-fat diet can damage the myocardial systolic function of left ventricle in adult male rats,MitoQ treatment may protect the myocardial function from the high fat diet-induced damage.

MitoQ High-fat dietMyocardialfunction RatVelocity vector imaging

2016-10-20）

（本文编辑：陈丹）

温州市科技计划项目（Y20140602）

325000 温州医学大学附属第一医院超声影像科（厉乔、陈斌、郑磊）；温州医科大学检验医学与生命科学学院（叶薇）；温州医科大学文成院区超声科（陆梦丽）

陈斌，E-mail：doctorchbe@126.com