心肌梗死后心肌纤维化小鼠心肌线粒体功能和能量代谢重塑相关性的转录组学分析

摘要：目的探究心肌梗死小鼠心肌纤维化过程中线粒体呼吸功能的变化，阐述其与糖酵解通量增加的相关性。方法选取40只C57BL/6N小鼠，随机分为实验组（心肌梗死组）和对照组（假手术组），20只/组。实验组采用结扎冠状动脉左前降支的方法构建小鼠心肌梗死模型，对照组除不对左前降支进行结扎外，其他操作均与实验组相同。选取心肌梗死后28 d和假手术组小鼠各5只进行安乐死取材，取左心室组织样本进行转录组学测序，采用FPKM法计算基因表达量，寻找差异表达基因。并通过GO和KEGG数据库对差异基因进行富集分析，寻找影响疾病进程的相关通路。通过绘制热图，展示富集分析中显示的通路和相关基因的表达差异，并对体外培养的小鼠原代CFs通过促纤维化激动剂TGF-β1或溶剂对照干预，通过Seahorse实验检测其线粒体呼吸和糖酵解水平。结果通过心脏大体图和心脏超声验证心梗模型构建成功，心肌梗死组舒张期左心室内径增加（Plt;0.05），收缩期左心室内径增加更为显著（Plt;0.001），左心室射血分数明显下降，差异有统计学意义（Plt;0.0001）。与假手术组相比，心肌梗死组上调基因124个，下调基因106个。GO和KEGG富集分析显示差异表达基因显著富集在脂肪酸代谢、细胞器等代谢通路和线粒体中。基因表达热图显示脂肪酸β氧化和线粒体功能障碍，相反糖酵解水平增加。Seahorse 实验中，与溶剂对照组（Vehicle组）相比，TGF-β1 干预组心肌成纤维细胞基础和最大呼吸水平明显降低，基础和最大糖酵解水平升高，差异均有统计学意义（Plt;0.0001）。结论在心肌纤维化过程中，心肌成纤维细胞能量代谢重塑，线粒体功能下降，相反更倾向于通过糖酵解产生能量。

关键词：转录组学；心肌梗死；心肌纤维化；线粒体；糖酵解；心肌成纤维细胞

在世界各个地区，心血管疾病都是导致死亡的首要原因［1， 2］。心血管疾病发展至终末期。会引发严重的心力衰竭，从而导致死亡。心肌梗死则是发生心力衰竭最常见的原因［3］。心肌梗死后心脏出现纤维化，导致了心力衰竭的发生和发展［4］。

纤维化的一个标志是细胞外基质的过度重塑和蓄积［5］，与其有关的细胞类型是心肌成纤维细胞（CFs）。心肌成纤维细胞在心脏组织中含量丰富，占心脏总细胞群的10%～20%［6］。在应对心肌缺血等损伤中，状态相对静止的心肌成纤维细胞分化为合成和收缩型的肌成纤维细胞，增加胶原纤维和α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）的表达。心肌梗死后活化的肌成纤维细胞对于维持心肌组织结构完整性是必不可少的［7］，然而过度活化的肌成纤维细胞导致组织进一步纤维化加重，组织顺应性持续下降，进而左心室扩张和心脏功能障碍［8-10］。因此，寻找启动和维持成纤维细胞活化的基因和相关通路，是治疗心肌纤维化和心力衰竭的关键。