嘌呤核苷酸對模擬高原缺氧大鼠腦線粒體UCPs活性和表達的影響及其在呼吸氧耗與能量合成中的作用.pdf

1、目的：線粒體氧化磷酸化是由呼吸鏈在將電子傳遞給氧的過程中將質子從內膜基質轉到內膜外，從而在線粒體內膜兩側形成質子梯度(△H<'+>)和電位梯度(△Ψ)，兩者共同構成驅動ATP合成酶的跨膜質子電動勢(△P)，催化ADP和無機磷合成ATP。質子還可通過內膜上的另一質子通道——脫偶聯(lián)蛋白(Uncoupling Proteins，UCPs)漏回到基質，形成質子漏，降低△P，使氧化磷酸化脫偶聯(lián)，減少ATP的生成，從而降低用氧效率，這部分氧耗為“無

2、效氧耗”。高原缺氧時線粒體中脫偶聯(lián)程度增加，線粒體膜電位降低，能量生成減少，導致機體功能和代謝障礙。脫偶聯(lián)蛋白4(UncouplingProteins 4，UCP4)和脫偶聯(lián)蛋白5(Uncoupling Proteins 5，UCP5)是特異存在于哺乳動物腦組織中的UCPs家族成員，占腦中UCPs的84％以上。嘌呤核苷酸(GDP)是UCPs的特異抑制劑。本實驗利用體外線粒體呼吸氧耗測定體系，觀察GDP對UCPs的活性和“含量”以及對高原

3、缺氧大鼠腦線粒體呼吸氧耗和能量代謝的影響，以探討UCPs在缺氧大鼠腦線粒體能量生成和氧利用效率中的作用。 方法： 健康雄性SD大鼠暴露于模擬海拔5000米高原低壓艙內，23小時/天，分別連續(xù)缺氧3天(急性缺氧組)和30天(慢性缺氧組)，同時設立平原對照組。分別在平原和模擬高原低壓艙斷頭處死，分離大鼠腦線粒體。Clark氧電極法測定線粒體氧化呼吸活性，寡霉素抑制法測定F<,0>F<,1>-ATP酶活性，羅丹明123法測定線

4、粒體膜電位，高壓液相色譜法分析腦組織線粒體內腺苷酸含量，[<'3>H]-GTP結合法測定腦組織UCPs的活性，RT-PCR和Western blot分別測定UCP4、UCP5mRNA和蛋白表達。 結果： 1．缺氧組UCPs活性明顯升高，其中急性組升高程度最大，K<,d>值降低43.08％，B<,max>升高1.7倍；同時腦組織中UCP4和UCP5的mRNA和蛋白質表達也明顯升高，其中急性組UCP4和UCP5的mRNA量分

5、別升高1.47倍和3.69倍，蛋白質表達升高2.44倍和3.62倍；GDP能顯著抑制UCPs活性，對急性缺氧組抑制率最大，達83.13％。但對各組UCP4和UCP5的mRNA和蛋白質表達改變無統(tǒng)計學意義。 2．缺氧組ST3、RCR、OPR、P/O和MMP明顯降低，其中急性缺氧組分別降低16.96％、38.98％、23.55％、8％和18.04％；但ST4則明顯升高36.12％。GDP可使各組呼吸氧耗顯著降低，MMP顯著升高，其中

6、對急性缺氧組的影響最顯著，ST3和ST4分別降低31.54％和60.91％，RCR、OPR和P/O分別升高75.12％、15.08％和24.24％，MMP提高39.73％。 3．缺氧組F<,0>F<,1>-ATP酶活性、ATP含量、ATP/ADP和ATP/總腺苷酸比值顯著降低，以急性缺氧組降低最顯著，F(xiàn)<,0>F<,1>-ATP酶活性降低39.06％，ATP含量、ATP/ADP以及ATP/總腺苷酸比值分別降低47.67％、51.

7、14％和47.83％。 GDP可顯著升高F<,0>F<,1>-ATP酶活性、ATP含量、ATP/ADP和ATP/總腺苷酸比值以及能荷，其中急性組F<,0>F<,1>-ATP酶活性升高22.29％，ATP含量升高70.19％，ATP/ADP和ATP/總腺苷酸比值分別升高49.41％和70.85％，能荷升高30.16％。 結論： 1．模擬高原缺氧暴露可顯著升高大鼠腦線粒體UCPs活性，增強UCP4和UCP5的mRNA和蛋白表

8、達，并且急性缺氧組更顯著；GDP可抑制正常以及缺氧暴露的大鼠腦線粒體UCPs活性，尤以急性缺氧組更明顯，但在體外對UCP4和UCP5mRNA和蛋白表達無影響。 2．模擬高原缺氧暴露可顯著增加大鼠腦線粒體脫偶聯(lián)呼吸氧耗，降低呼吸控制率和氧化磷酸化效率及膜電位；GDP具有減輕缺氧大鼠腦線粒體脫偶聯(lián)效應，降低“無效氧耗”的作用，從而提高呼吸控制率和氧化磷酸化效率。 3．模擬高原缺氧暴露可降低大鼠腦線粒體中F<,0>F<,1>-

9、ATP酶活性、ATP含量、ATP/ADP和ATP/總腺苷酸比值；GDP具有升高F<,0>F<,1>-ATP酶活性和ATP含量的作用。 綜上所述 模擬高原缺氧暴露可使大鼠腦線粒體UCPs活性和含量增加，膜電位降低，從而使“無效氧耗”增加，氧化磷酸化效率降低，線粒體能量合成減少；GDP則具有抑制缺氧大鼠腦線粒體UCPs活性，從而提高膜電位，降低“無效氧耗”，增加氧化磷酸化效率和能量生成效率的作用，且作用程度與缺氧暴露時間有關