研究目的:长期以来,心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)一直是危害人类健康的头号杀手,冠心病是其中较为严重的一种。临床上对于冠心病患者的治疗常会引发心肌缺血/再灌注(ischemia-reperfusion,I/R)损伤,降低预后治疗效果。在心肌I/R过程中,产生的过量活性氧(Reactive oxygen species,ROS)和炎性因子不仅会损害心脏本身,也会诱导远隔器官发生损伤。下丘脑室旁核(paraventricular nucleus,PVN)位于第三脑室上端两侧,是重要的心血管调节中枢。有研究发现,心肌I/R损伤会诱发下丘脑PVN区产生氧化应激、炎症和细胞死亡等病理现象,导致心交感神经过度兴奋,进一步损害心功能。运动可诱导机体分泌多种有益运动因子,是防治慢性非传染性疾病的有效手段。近年来研究发现,运动可减缓PVN内的炎症和氧化应激反应,减少神经元损伤。成纤维细胞生长因子21(fibroblast growth factor 21,FGF21)是FGF家族成员,其受体FGFR1及β-Klotho在PVN区表达丰富。FGF21作为一种运动因子,运动可促进FGF21表达和分泌,并通过循环至远隔器官发挥保护作用。然而,运动可否上调下丘脑PVN区FGF21表达,保护心肌I/R诱导的PVN损伤,目前尚缺乏文献报道。铁死亡是近年来新发现的细胞死亡方式,与心血管疾病、I/R损伤和神经退行性病变等多种非传染性慢性疾病的发病机制密切相关。然而,有关PVN区细胞铁死亡的相关研究目前尚缺乏。研究发现,运动同样是抑制细胞铁死亡的有效手段。运动能否抑制心肌I/R诱导的PVN区神经细胞铁死亡?FGF21是否参与了运动保护效应?目前尚缺乏相关研究。本研究拟通过对小鼠进行7周运动干预后,制备心肌I/R模型,探讨FGF21介导运动减轻心肌I/R小鼠下丘脑室旁核神经细胞铁死亡及其可能机制。研究方法:(1)动物分组:3月龄雄性野生型C57BL/6小鼠随机分为假手术组(Sham)、运动+假手术组(ES)、心肌I/R 2h组(C+I/R 2h),运动+心肌I/R 2h组(E+I/R 2h),心肌I/R 24h组(C+I/R 24h)、运动+心肌I/R 24h组(E+I/R 24h)、心肌I/R 3 wk组(C+I/R3W)、运动+心肌I/R 3 wk组(E+I/R 3w),共8组,每组8只。(2)运动干预方案和心肌I/R模型制备:小鼠进行7 wk有氧跑台运动干预。第1 wk进行适应性训练,第一天运动负荷为6m/min×10min,每天递增10min,第5d递增至6m/min×50min,5d×1wk。第2-7wk为正式训练,跑速为16m/min×60min,5d×6wk,跑台坡度为0°。正式训练设置适应性休息,在结束前10min将速度缓慢下降。7wk有氧运动结束后次日,在异氟烷气体麻醉条件下,采用左冠状动脉前降支活扣结扎法,30min后移除结扎线,制备心肌I/R模型,其中假手术组只穿线不结扎。(3)取材和测试指标:再灌注2 h-3 wk后,麻醉条件下采用心动超声评定心功能,眼眶取血后,断头处死,取脑组织和心脏备用。采用尼氏染色判定PVN区神经元损伤;普鲁士蓝染色检测PVN细胞内铁沉积;DHE染色检测PVN区活性氧含量;免疫荧光染色检测PVN区神经细胞铁死亡;试剂盒检测PVN区铁离子和脂质过氧化物含量;Western Blotting检测PVN区FGF21通路(FGF21、FGFR1、P-PI3K/PI3K、PAKT/AKT)、铁死亡(GPX4、Nrf2、X-CT、P53、)、炎症(IL-1β、IL-6、Arg1、iNOS、CD206)、氧化应激(SOD1、SOD2)相关蛋白表达。研究结果:(1)有氧运动显著抑制心肌I/R诱导的下丘脑PVN区P53表达上调,促进Nrf2、XCT、GPX4蛋白表达。Western blotting结果显示,与S组比较,C+I/R 2h组和C+I/R 3W组P53蛋白水平均显著升高(P<0.01,P<0.05),C+I/R 24h组P53蛋白表达有升高趋势;与C+I/R 2h组相比,E+I/R 2h组P53蛋白表达显著降低(P<0.01),E+I/R 24h组和E+I/R 3W组P53蛋白水平与其对照组相比有均下降趋势。与S组比较,ES组Nrf2、XCT蛋白表达显著升高(P<0.01),GPX4蛋白表达有升高趋势;与S组比较,C+I/R 2h组、C+I/R 24h组和C+I/R 3W组Nrf2、XCT、GPX4蛋白表达水平均在术后代偿性升高(P<0.05),而有氧运动可进一步升高Nrf2、XCT、GPX4maternally-acquired immunity的蛋白水平。(2)有氧运动激活心肌I/R小鼠下丘脑PVN区FGF21/FGFR1/PI3K信号通路。Western blotting结果显示,与S组比较,ES组FGF21、FGFR1和磷酸化PI3K蛋白表达均显著升高(P<0.05);与S组比较,C+I/R 2h组和C+I/R 24h组FGF21、FGFR1和磷酸化PI3K蛋白水平均代偿性升高(P<0.05);与C+I/R 2h组和C+I/R 24h组比较,E+I/R 2h组和E+I/R 24h组运动组FGF21、FGFR1和磷酸化PI3K蛋白表达进一步升高(P<0.05)。(3)有氧运动改善心肌I/R小鼠PVN区神经元损伤。尼氏染更多色结果显示,与S组相比较,C+I/R24h组出现神经元丢失,细胞核固缩,细胞结构不清晰;与C+I/R24h组相比,E+I/R24h组神经元数量增加,细胞结构较为清晰和完整。c-fos免疫荧光结果显示,与S组相比较,C+I/R 24h组c-fos阳性细胞增多;与C+I/R24h组相比,E+I/R 24h组c-fos阳性细胞减少。(4)有氧运动改善心肌I/R小鼠下丘脑PVN区氧化应激反应。DHE染色结果显示,与S组相比较,小鼠心肌I/R损伤后PVN内ROS水平升高;与C+I/R24h组相比,E+I/R 24h组ROS水平降低。(5)有氧运动升高心肌I/R小鼠PVN区抗炎细胞因子表达。Western blotting结果显示,与S组比较,C+I/R 2h组和C+I/R 24h组Arg1蛋白表达有代偿性升高趋势,而各运动组Arg1蛋白表达与其对照组比较均进一步显著性升高(P<0.01)。(6)有氧运动降低心肌I/R小鼠PVN周围铁含量。普鲁士蓝染色结果显示,S组与ES组PVN周围未见明显铁沉积;与S组相比较,C+I/R 24h组可见明显铁沉积;与C+I/R 24h组相比,E+I/R 24h组铁沉积减少。(7)有氧运动改善心肌I/R小鼠心功能。心动超声结果显示,与S组比较,C+I/R 2h组、C+I/R 24h组和C+I/R 3W组的EF%和FS%均显著降低(P<0.01,P<0.05),LVIDd和LVIDs均显著性升高(P<0.01);与C+I/R 2h组、C+I/R 24h组和C+I/R 3W组比较,E+I/R 2h组、E+I/R 24h组和E+I/R 3W组EF%和FS%显著性升高(P<0.01),LVIDd和LVIDs显著性降低(P<0.01)。研究结论:(1)有氧运动显著抑CX-5461小鼠制心肌I/R小鼠PVN区促铁死亡因子P53的蛋白表达,促进抑铁死亡因子Nrf2、XCT、GPX4蛋白表达,减少PVN周围铁沉积,改善心肌I/R诱导的PVN区神经细胞铁死亡。(2)有氧运动激活心肌I/R小鼠PVN区FGF21/FGFR1/PI3K信号通路,减轻心肌I/R诱导的PVN区氧化应激和炎症反应,缓解心肌I/R诱导的PVN区神经元损伤,改善心功能。