b型利钠肽对心肌细胞线粒体动力学的作用研究.pdf

分类号：R318 单位代码： 10335 密 级： 学 号： 10515018 博博 士士 学学 位位 论论 文文 中文论文题目中文论文题目 ：： B型利钠肽对心肌细胞线粒体动力B型利钠肽对心肌细胞线粒体动力 学的作用研究学的作用研究 英文论文题目：英文论文题目： Study on the mechanism of B-type natriuretic peptide on mitochondrial dynamics in cardiomyocytes 申请人姓名： 孙意国 指导教师： 郑筱祥 教授 专业名称： 生物医学工程 所在学院： 生物医学工程与仪器科学学院 论文提交日期论文提交日期 2009 年年 10 月月 Study on the mechanism of B-type natriuretic peptide on mitochondrial dynamics in cardiomyocytes Author： Sun Yiguo Supervisor： Prof. Zheng Xiaoxiang Research： Biomedical Engineering College： College of Biomedical Engineering cardiomyocytes; mitochondria; ischemia/reperfusion; cytoskeleton 5 缩略语词表 缩略语词表 缩略语词表 BNP B-type natriuretic peptide EDTA ethylenediamine tetraacetic acid EGTA ethyleneglycol-bis-(beta-aminoethylether)-N,N, N,N-tetraacetic acid I/R ischemia/reperfusion MCU mitochondrial Ca2+ uniporter MPTP mitochondrial permeability transition pores NMDA N-methyl-D-aspartate OGD oxygen glucose deprivation PBS phosphate buffered saline PI propidium iodide PI3K phosphatidylinositol 3-kinase PVDF polyvinylidene fluoride resin ROS reactive oxygen species SDS sodium dodecyl sulfate TEMED N,N,N,N-Tetramethylethylenediamine Tris trashydroxymethyl amino methane m mitochondrial membrane potential caspase cysteine aspartic acid specific protease 6 绪论 绪论 第一章 BNP 的概述与研究进展 绪论 第一章 BNP 的概述与研究进展 1.1 BNP的概述 1.1 BNP的概述 1988年日本科学家Sudoh研究小组从猪脑组织中提取纯化出一种由 32个氨 基酸组成，并且具有 17个氨基酸环状结构的多肽类化合物，最初发现这种化合 物具有利钠利尿和舒张血管等生物学效应，并因其化学结构和生物学功能特性 与先前发现的心房钠肽（atrial natriuretic peptide, ANP）相似而认为同属利钠肽 家族，故命名为脑钠肽（brain natriuretic peptide, BNP）[1]。

后研究提示BNP含 量以心肌组织较高，其次是脑、垂体和肺等组织，故脑钠肽又可称为B型利钠 肽（B- type natriuretic peptide，BNP）利钠肽家族是由ANP、BNP、C型利钠 肽（C- type natriuretic peptide, CNP）以及D 型利钠肽（D- type natriuretic pep DNP）等组成（如图 1-1 所示）[2, 3]由于利钠肽家族的特殊生物学效应，现已 广泛用于临床心力衰竭、心肌梗死和不稳定心绞痛的诊断和治疗预后风险预测 [3-5]其中B型钠尿肽是近年来比较受关注的心血管生物学标志物，BNP对于在 充血性心力衰竭和其他心脏功能受损的情况下，如充血性心力衰竭、心肌肥厚 和心肌损伤等疾病，BNP对于其患者疾病的诊断和风险评估有着重要意义和作 用[2, 3, 6, 7]近年来随着基础和临床相关实验应用研究不断深入，BNP在临床地 位已得到专家的认可和相关指南的说明和推荐，BNP对于诊断和监测相关心脏 疾病不仅是有益的手段，同时可为评估患者预后和治疗情况提供有益信息有 研究发现利钠肽家族可在肾素-血管紧张素-醛固酮系统以及其他神经内分泌因 子的作用下，发挥抗纤维化、抗肥厚、抗炎症因子等作用，从而发挥保护心肌 等作用。

除此之外，BNP还具有舒张血管，并有利钠、利尿和降血压等作用， 同时可以抑制交感神经传出冲动[8-15]研究发现，BNP是由 32个氨基酸组成的 多肽，主要在心室分泌，尤其当心室容积扩张和压力超负荷时分泌增多，同时 BNP释放与左心室容积扩张程度直接成正比关系[2, 16, 17]血浆BNP水平在许多 心血管疾病中有显著提高，如心力衰竭、心绞痛、心肌梗死(包括ST段抬高型及 非ST段抬高型) ，高血压等心脏疾病，特别是对于充血性心力衰竭的诊断及预 tide, 7 第一章 BNP的概述与研究进展 后评估具有很高临床价值[18-21]近年来，BNP 的基础研究和临床诊断治疗实验 进展迅速，尤其在心脏疾病的诊断、治疗和预后评估等方面成为研究热点 Fig.1-1. Mature forms of the natriutretic peptide and BNP. BNP具有种属特异性，人的BNP是由 32个氨基酸组成的多肽类，主要来源 于心 中 力 室[1, 22-24]BNP广泛分布在心、脑、脊髓和肺，以及泌尿生殖道等组织，其 中心脏含量最高心脏BNP的合成及分泌主要在心室，主要存在于心房，其 右心房的含量可达左心房的 3倍，而心室的BNP含量较低，约为心房的 1%～ 2%。

在正常生理状态下心室分泌释放较心房多且迅速，心室储备较少[25-28] BNP分泌的调节则发生在基因转录水平上，主要包括心房的调节性分泌和心室 的结构性分泌，刺激BNP基因表达及分泌生成增高的因素主要包括物理（如心 室机械牵张） 、化学（如肾素-血管紧张素-醛固酮系统）及代谢因素（如缺氧 缺血或缺血再灌）等方面[3, 7, 29-33]当心室容量和压力负荷增加时，心室壁张 8 第一章 BNP的概述与研究进展 增高可成为刺激BNP在短时间快速分泌的主要因素；心肌缺血缺氧也可直接刺 激BNP水平增高[34]此外，BNP的表达还依赖于内分泌激素如去甲肾上腺素、 血管紧张素Ⅱ、内皮素等神经内分泌途BNP的水平与机体心室内压力、呼吸 困难程度以及神经激素调节系统的状态都联系，当心室的体积和压力升高都可 导致血浆中BNP水平升高，这种升高的程度还与心室扩张和压力的超负荷成正 比关系（如图 1-2 所示）[2, 21, 29-32, 35-39]BNP因机体相应刺激而产生于心肌细 胞，首先以ProBNP前体形式存在，随后即被相应的蛋白酶切除一个具有 26个 氨基酸片段，即脱去N端的信号肽，从而生成一个 108个氨基酸的ProBNP；而 ProBNP并没有存于心肌细胞的分泌颗粒，而是当机体在一定刺激或应激条件 下，如当心室容量扩张变化或压力负荷过重时，就从心室分泌，从而进入血液 循环，并在特定酶作用下，酶解成具有活性的BNP （BNP32）和无活性的N末端 B型利钠肽的前体（N-terminal pro-B-type natriuretic peptide，NT-proBNP，如图 1-1所示）。

BNP 的半衰期约为 12～22分钟，而NT-proBNP半衰期是 60～120 分钟NT - proBNP 是无生物活性的BNP 形式，主要由肾排泄；而BNP32 是具 有生物活性的BNP 形式，促进利尿排钠BNP是肾素-血管紧张素-醛固酮系统 的天然拮抗剂，也可以对抗后叶加压素以及交感神经的保钠保水、维持血压等 作用（如图 1-3 所示） Fig.1-2. The factors influence the secertion of BNP. BNP的分泌有心房调节性分泌和心室结构性分泌等形式，当心室的负荷及 心室壁张力变化等因素都会迅速刺激BNP的基因高表达，从而大量合成BNP并 9 第一章 BNP的概述与研究进展 分泌 A受体主 释放入血同时BNP也具有多种代谢清除途径：一方面BNP可以通过和相 应的利钠肽受体结合形成复合物，复合物被细胞吞入后再由溶酶体降解；另外 BNP还可以通过分布于肺和肾脏的中性肽内切酶等降解[2, 5, 7, 29, 30, 32]BNP通过 受体介导的信号通路从而发挥相应的生理药理作用利钠肽受体（Natriuretic peptide receptor，NPR）主要有三种：NPR-A、NPR-B和NPR-C型，且均为跨膜 蛋白，这些受体主要分布在心、肾、血管内皮和中枢神经系统。

NPR- 要分布在心脏和大血管中；NPR-B主要受体分布在脑组织；NPR-C受体则主要 分布在肾脏及血管中A和B型受体是以环磷酸鸟苷酸（3-5-cyclic guanosine monophosphate，cGMP）作为第二信使信号通路，从而发挥激活下游信号通路 发挥相应生物学效应；NPR-C受体是清除受体，能够诱导利钠肽的胞吞和溶酶 体对钠肽复合物的降解BNP主要通过与血管壁上的NPR-A受体结合，随之激 活鸟苷酸环化酶（guanylate cyclase，GC），升高细胞内环磷酸鸟苷浓度，同时 激活相应蛋白激酶，这些通路的激活最终可以调节细胞内钙离子稳态，抑制甘 油三酯和磷酸肌醇的生成，并可对抗肾素-血管紧张素-醛固酮系统的激活，从 而可以导致血管平滑肌舒张（如图 1-4 所示）[40]而BNP扩血管效应的同时并 不会引起肾血流量的下降，并通过与肾小管上分布的NPR-A受体结合，提高肾 小球滤过率，产生排钠和利尿等效应，从而达到减轻心脏负荷的目的另外 BNP还可通过降低醛固酮水平和对抗肾素-血管紧张素-醛固酮系统，减轻心肌重 塑并阻止充血状态下血栓的形成[2, 3, 7, 14, 16, 35, 36]。

总之BNP具体有中枢和外周双 重效应，中枢效应有：（1）抑制机体摄盐及摄水; （2）降低血压; （3）抑制促 肾上腺皮质激素和抗利尿激素；外周效应有:（1）促尿钠排泄作用；（2）扩张 血管；（3）抑制肾素-血管紧张素系统激活；（4）对抗心肌细胞、内皮细胞和 平滑肌细胞有丝分裂 10 第一章 BNP的概述与研究进展 Fig.1-3. Synthsis of BNP. Fig.1-4 The signal pathway of natriuretic peptide 1.2 BNP与生理功能研究 1.2 BNP与生理功能研究 BNP的主要来源是心脏，心脏中的BNP32 以循环和储存形式存在，并主要 在心室隔膜颗粒当中，为了适应心室容积和压力负荷的改变，BNP可以连续不 断的从心脏分泌和释放入血以发挥其生物学效应(如图 1-5所示) 1.2.1 舒张血管舒。