嘌呤核苷酸对模拟高原缺氧大鼠脑线粒体UCPs活性和表达的影响及其在呼吸氧耗与能量合成中的作用

1、嘌呤核苷酸对模拟高原缺氧大鼠脑线粒体 UCPs 活性和表 达的影响及其在呼吸氧耗与能量合成中的作用 线粒体氧 化磷酸化是由呼吸链在将电子传递给氧的过程中将质子从内膜基 质转 到内膜外，从而在线粒体内膜两侧形成质子梯度( H+)和电位梯度( W),两者共同构成驱动 ATP合成酶的跨膜质子电动势( P ),催化ADP和无机磷合成ATP。质子还可通过内膜上的另一质子通道一一脱偶联蛋 白(Uncoupling Proteins,UCPS)漏回到基质，形成质子漏，降低 P,使氧化 磷酸化脱偶联 ,减少 ATP 的生成 , 从而降低用氧效率 , 这局部氧耗为“无 效氧耗 。高原缺氧时线粒体中脱偶联程度增加

2、,线粒体膜电位降低,能量生成减少 ,导致机体功能和代谢障碍。脱偶联蛋白 4(Uncoupling Proteins 4,UCP4) 和脱偶联 蛋白 5(Uncoupling Proteins 5,UCP5) 是特异存在于哺乳动物脑组 织中的 UCPs 家族成员 ,占脑中 UCPs 的 84%以上。嘌吟核苷酸(GDP)是UCPs的特异抑制剂。本实验利用体外线粒体呼 吸氧耗测 定体系 ,观察 GDP 对 UCPs 的活性和“含量以及对高原缺氧 大鼠脑线粒体呼吸氧 耗和能量代谢的影响 ,以探讨 UCPs 在缺氧大鼠脑 线粒体能量生成和氧利用效率 中的作用。方法健康雄性 SD 大鼠暴露于模拟海拔 50

3、00 米高原低压舱内 ,23 小 时/天, 分别连续缺氧 3天(急性缺氧组 )和 30 天(慢性缺氧组 ), 同时设立平 原对照组。分别在平原和模拟高原低压舱断头处死 , 别离大鼠脑线粒体。Clark 氧电极法测定线粒体氧化呼吸活性 , 寡霉素抑制法测定F0F1-ATP 酶活 性, 罗丹明 123 法测定线粒体膜电位 , 高压液相色谱法分 析脑组织线粒体内腺苷 酸含量 ,3H-GTP 结合法测定脑组织 UCPs 的活 性,RT-PCR和 Western blot分别 测定 UCP4、UCP5mRN和A蛋白表达。结 果 1. 缺氧组 UCPs 活性明显升高 , 其中急性 组升高程度最大 ,Kd

4、值降 低 43.08%,Bmax 升高 1.7 倍 ;同时脑组织中 UCP4 和 UCP5 的 mRNA 和蛋 白质表达也明显升高 , 其中急性组 UCP4 和 UCP5 的 mRNA 量分别升高1.47倍和3.69倍,蛋白质表达升高2.44倍和3.62倍;GDP能显著抑制UCPs 活性 , 对急性缺氧组抑制率最大,达 83.13% 。但对各组 UCP4 和 UCP5 的 mRNA 和蛋白质表达改变无统计学意义。2. 缺氧组 ST3、 RCR、 OPR、 P/O 和 MMP 明显降低 , 其中急性缺氧组分别 降低 16.96%、 38.98%、23.55%、 8%和 18.04%; 但 ST4

5、 那么明显升高 36.12%。GDP 可使各组呼吸氧耗显著降低 , MMP 显著升高 , 其中对急性缺氧 组的影响最 显著,ST3和ST4分别降低31.54%和60.91%,RCR、OPR和P/O 分别升高 75.12%、15.08% 和 24.24%, MMP 提高 39.73% 。 3.缺氧组 F0F1-ATP酶活性、ATP含量、ATP/ADP和ATP/总腺苷酸比值显著降低，以急性缺 氧组降低最显著 ,F0F1-ATP 酶活性降低 39.06%,ATP 含量、 ATP/ADP 以及 ATP/总腺苷酸比值分别降低47.67%、51.14%和47.83%。GDP可显著升高 F0F1-ATP酶活

6、性、ATP含量、ATP/ADP和ATP/总腺 苷酸比值 以及能荷 , 其中急性组 F0F1-ATP 酶活性升高 22.29%,ATP 含量 升高70.19%,ATP/ADP和ATP/总腺苷酸比值分别升高 49.41%和70.85%,能 荷升高 30.16% 。结论 1.模拟高原缺氧暴露可显著升高大鼠脑线粒体 UCPs 活性,增强 UCP4 和 UCP5 的 mRNA 和蛋白表达 , 并且急性缺氧组更显著 ;GDP 可抑制正常以及缺氧暴 露的大鼠脑线粒体 UCPs 活性,尤以急性缺氧组更明显，但在体外对 UCP4和UCP5mRN和A蛋白表达无影响。2.模拟高原缺氧暴露可显著增加大鼠脑线粒体脱偶联呼吸氧耗, 降低呼吸控制率和氧化磷酸化效率及膜电位 ;GDP 具有减轻缺氧大鼠脑线 粒体脱偶联效应 ， 降低“无效氧耗的作用 ， 从而提高呼吸控制率和氧 化磷酸化效率。3.模拟高原 缺氧暴露可降低大鼠脑线粒体中 F0F1-ATP酶活性、 ATP 含量、 ATP/ADP 和 ATP/ 总腺苷酸比值 ; GDP 具有升高 F0F1-ATP 酶活性和 ATP 含量的作用。综上所述模拟高原缺氧暴露可使大鼠脑线粒体 UCPs 活性和含量增 加 ， 膜电位降低 ， 从而使“无效氧耗增加 ， 氧化磷