研究目的:2型心肾综合征(Type 2 cardiorenal syndrome, Type 2 CRS)是心肌梗死(Myocardial infarction, MI)患者的常见并发症之一,与患者的死亡风险升高有关。因心肌长期慢性缺血缺氧导致的慢性肾脏结构损伤和功能障碍的病症被称为2型心肾综合征。心肌梗死导致心肌收缩力减弱,外周阻力增加,诱发肾脏发生持续性氧化应激,细胞过度凋亡,肾脏微血管结构和功能异常,最终导致肾血流量减少,肾脏损伤加重。因此改善肾脏血管微循环对Type 2 CRS的预后具有重要意义。运动训练对抑制氧化应激,促进血管生成,改善血管微循环,进而改善组织器官功能方面具有积极作用。运动因子鸢尾素(Irisin)具有促进血管生成、抑制氧化应激和细胞凋亡等广泛的生物学效应。运动训练通过诱导纤维连接蛋白3型结构域蛋白5(fibronectin type 3 domain-containing protein 5,FNDC5)剪切修饰形成并分泌Irisin。Irisin通过循环到达心脏、肾脏、肝脏等器官组织,发挥保护作用。抗阻运动能否通过激活内源性Irisin表达来促进肾脏血管生成和缓解MI诱导的肾脏损伤,及其作用机制如何,目前仍缺乏实验证据。因此,本研究目的在于探讨FNDC5/Irisin在运动促进肾脏血管生成和延缓MI诱导的Type 2 CRS小鼠肾脏损伤的作用和可能机制,为临床心肾综合征患者的康复提供理论依据。研究方法:动物实验采用2月龄健康雄性C57BL/6J小鼠,随机分为假手术组(S)、心梗组(MI)和心梗+抗阻运动组(MR),每组8只。2月龄fndc5基因敲除小鼠,随机分为敲除假手术组(KS),敲除心梗组(KMI)和敲除心梗+抗阻运动组(KMR),每组8只。通过结扎左冠状动脉前降支(LAD)建立小鼠心肌梗死模型,术中使用心电图动态监测,ST段抬高或T波倒置为造模成功。S组和KS组仅穿线不结扎,作为对照。术后一周进行心动超声检测,选择结果变化一致的小鼠纳入动物模型并随机分组。抗阻运动方案中小鼠爬梯高为1.1m,间隔为1cm,倾斜度为85°,首先进行一周的适应性爬梯运动,随后进行四周的递增负重爬梯运动,小鼠负荷每天递增体重的10%,当负荷增加至体重的75%时,保持此负荷直至运动干预结束,每组3次,每天8组,组间休息1min,每周5天。运动干预结束后次日,采用心动超声检测小鼠心功能,眼眶取血,并快速分离肾脏置于液氮和中性甲醛中,用于后续组织学、基因和蛋白表达等相关指标检测。肾功能指标试剂盒检测血清肌酐(Scr)和血尿素氮(BUN)水平,氧化应激指标试剂盒检测肾组织丙二醛(MDA)含量和过氧化氢酶(CAT)活性,过碘酸-雪夫(PAS)染色检测肾脏肾小管损伤程度,血小板内皮细胞粘附分子(CD31)免疫荧光染色检测肾间质血管密度,RT-qPCR检测FNDC5 mRNA,Western blotting检测FNDC5,IntegrinαV,Integrin β5,氧化应激指标SOD1、SOD2、Sestrin2,血管生成指标VEGFA和细胞凋亡指标Bax、Bcl-2、cleaved-Caspase 3的蛋白表达以及AMPK、PI3K、AKT和e NOS的磷酸化水平。细胞实验使用人脐静脉内皮(HUVEC)细胞,采用H2O2干预模拟细Smoothened Agonist试剂胞氧化损伤,AMPK激动剂(AICAR)干预模拟运动效应,重组人鸢尾素(rhIrisin)、AMPK抑制剂(Compound C)和PI3K抑制剂(LY294002)干预,进行机制研究。HUVEC细胞划痕实验检测细胞的迁移分化能力,小管形成实验检测管形成能力,Western blotting检测Integrin αV,Integrin β5,SOD1,SOD2,Sestrin2,VEGFA,Bax,Bcl-2,cleaved-Caspase3的蛋白表达以及AMPK、PI3K、AKT和e NOS的磷酸化水平。实验数据使用SPSS 21.0进行统计学处理,采用单因素方差分析(one-way ANOVA)和双因素方差分析(two-way ANOVA)方法,Tukey进行事后检验。所有数据均使用平均值±标准误(Mean±SEM)来表示,显著性差异选择p<0.05和p<0.01水平。研究结果:(1)与S组相比,MI组肾脏FNDC5 mRNA和蛋白表达显著降低,肾小管刷状缘损伤缺失,肿胀扩张,肾小管损伤评分升高,血清Scr和BUN水平显著升高,MI诱导肾脏损伤。抗阻运动干预显著促进肾脏FNDC5 mRNA和蛋白表达,减轻肾小管刷状缘损伤,降低血清Scr和BUN水平,改善心梗诱导的Type 2 CRS小鼠肾损伤。敲除fndc5削弱了抗阻运动对心肌梗死小鼠肾脏的保护效应。(2)与S组相比,MI组肾脏MDA含量、cleaved-Caspase 3蛋白表达和Bax/Bcl-2比值增加,肾间质CD31+血管数量、VEGFA蛋白表达和CAT活性显著降低。抗阻运动增加MI小鼠肾间质CD31+血管数量,增加CAT活性和VEGFA、SOD1、SOD2、Sestrin2蛋白表达,降低cleaved-Caspase 3蛋白表达、Bax/Bcl-2比值和MDA含量。敲除fndc5削弱了抗阻运动对心肌梗死小鼠肾脏的血管生成、抗氧化和抗凋亡能力的促进作用。(3)与MI组比较,MR组肾脏Integrin αV和Integrin β5蛋白表达显著增加,AMPK、PI3K、Akt和e NOS磷酸化水平显著升高。敲除fndc5削弱了抗阻运动对AMPK-PI3K/Akt-eNOS信号通路的激活作用。(4)运动或rhIrisin干预经H2O2处理的HUVEC细胞,显著提高细胞的迁移能力,增加细胞VEGFA、SOD1、SOD2和Vorinostat纯度Sestrin2蛋白表达,降低细胞Bax/Bcl-2比值和cleaved-Caspase 3蛋白表达。(5)运动或rhIrisin干预可上调H2O2处理的HUVEC细胞中Integrin αV、Integrin β5蛋白表达,以及AMPK、PI3K、Akt和e NOS磷酸化水平。(6)rhIrisin干预促进细胞迁移和小管形成能力。与rhIrisin干预相比,Compound C、LY294002和rhIrisin联合干预降低了细胞迁移分化能力和小管形成能力。研究结论:心肌梗死诱导的Type 2 CRS肾脏发生氧化应激和细胞凋亡,引起肾血管稀疏。而抗阻运动可上调肾脏FNDC5/Irisin表达,通过受体Integrin αV/β5,激活AMPK-PI3K/Akt-eNOS信号通路,促进肾脏血管生Medical evaluation成,抑制肾脏氧化应激和细胞凋亡,从而延缓心梗诱导的Type 2 CRS小鼠肾损伤。