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循环。作者手稿；PMC 2011年1月26日发布。
以最终编辑形式发布为：
循环。2010年1月26日；121(3): 426–435.
2010年1月11日在线发布。 数字对象标识：10.1161/循环AHA.109.888735
预防性维修识别码：项目经理2825753
NIHMSID公司：美国国立卫生研究院166837
采购管理信息：20065164

通过删除脂蛋白脂肪酶拯救PPARα转基因小鼠的心肌病确定心脏脂质和PPARα激活物的来源

詹妮弗·邓肯，医学博士，*† Kalyani G.Bharadwaj公司，博士，‡ 朱丽叶·L·方，文学学士，§ Riddhi Mitra公司，理学硕士，† 南达库马尔·桑班丹，博士，¥* 迈克尔·R·科托伊斯，马萨诸塞州，*¥ 科里·J·拉文，博士，医学博士，*¥ 伊拉·J·戈德堡，医学博士，‡和丹尼尔·凯利，医学博士¥§
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关联数据

补充资料

摘要

背景

肥胖症和糖尿病的新证据表明，过度的心肌脂肪酸（FA）摄取和氧化会导致心脏功能障碍。心脏特异性过表达FA活化核受体PPARα的转基因小鼠（MHC-PPARα小鼠）表现出糖尿病心脏的表型特征，尽管参与FA氧化的PPARα基因靶点持续激活，但通过缺失FA转运体CD36可挽救糖尿病心脏。

方法和结果

为了进一步确定导致与脂质过多相关的心肌病的FA来源，我们将MHC-PPARα小鼠与心肌脂蛋白脂肪酶（hsLpLko）缺乏的小鼠杂交。与MHC-PPARα小鼠相比，MHC-PPAR-α/hsLpLko小鼠表现出改善心脏功能和降低心肌甘油三酯含量。令人惊讶的是，与MHC-PPARα/CD36ko小鼠相比，MHC-PPAR-α/hsLpLko小鼠心脏PPARα基因调节通路的活性正常化，表明脂蛋白颗粒中存在PPARα配体活性。事实上，LpL介导的极低密度脂蛋白水解激活了培养心肌细胞中的PPARα。两种模型的心功能恢复均与线粒体超微结构的改善和线粒体功能转录调控因子的重新激活有关。

结论

1） MHC-PPARα小鼠心脏获得过多的脂蛋白衍生脂质，2）LpL缺乏可挽救MHC-PPAR-α小鼠中的菌核细胞甘油三酯积累、线粒体基因调节紊乱和收缩功能，3）LpL-是心肌细胞中PPARα的活化来源。

关键词：心肌病、脂肪毒性、糖尿病

简介

2型糖尿病及其相关的心血管并发症构成了全球健康威胁。1,2尽管患有肥胖相关糖尿病的患者在心肌梗死后心力衰竭的发生率增加，三如果没有严重的冠状动脉疾病，他们也容易发生心力衰竭。4这些观察结果表明，糖尿病、代谢综合征和肥胖患者的心肌功能障碍具有明显的致病特征。

糖尿病相关心脏功能障碍的发病机制有多种，包括：1）葡萄糖毒性（晚期糖基化终产物）；52） 微血管疾病；63） 线粒体功能障碍7,8和；4） 脂质毒性。9,10有证据支持脂质代谢紊乱在胰岛素抵抗和糖尿病心脏心肌细胞功能障碍发展中的作用；9,10脂质积累和脂肪酸（FA）过度氧化（FAO）都被认为会引起心肌细胞毒性。人类研究和动物模型表明，糖尿病和肥胖与心肌细胞脂肪的积累有关。11,12此外，胰岛素抵抗的心脏无法充分利用葡萄糖，迫使器官依赖脂肪酸，导致心肌细胞脂肪酸输入、氧化和甘油三酯（TG）积累增加的恶性循环；10代谢性心肌病的特征称为“脂毒性心肌病”

胰岛素抵抗心脏对FA利用的重新编程涉及基因调节机制。过氧化物酶体增殖物激活受体α（PPARα）是一种禁食诱导的核受体，在胰岛素抵抗和糖尿病心脏中被慢性激活；8,13参与细胞FA摄取和氧化的协调上调基因。14PPARα是一种配体激活的转录因子，但内源性配体尚未完全确定。众所周知，FA部分和纤维酸盐激活PPAR。15PPARα心脏特异性过表达的转基因小鼠（肌球蛋白重链[MHC]-PPARα小鼠）表现出与糖尿病心脏相似的表型：心室功能障碍与FA摄取和FAO增加、心肌细胞TG沉积和葡萄糖利用减少有关。13高脂肪（HF）饮食加剧了MHC-PPARα小鼠的心肌病，这与FA过载在驱动脂毒性作用中的重要性一致。

脂肪酸通过两个主要来源传递到心肌细胞：1）脂肪组织释放的白蛋白结合游离脂肪酸（FFA）；2） FA在极低密度脂蛋白（VLDL）或乳糜微粒内的肠道中并入TG。FFA和脂蛋白衍生的FA都是通过受体介导的摄取作用作用于人类心脏的底物。虽然有几种FA转运体，但CD36已被很好地确定为介导啮齿动物对FFA的摄取16和人类的心脏。17之前，我们将MHC-PPARα小鼠与CD36缺陷小鼠（MHC-PPORα/CD36ko）杂交。18CD36缺陷可阻止MHC-PPARα心脏出现心肌病和心肌TG超载，并使葡萄糖氧化率正常化。18然而，在MHC-PPARα/CD36ko小鼠中，FAO比率和FAO中涉及的PPARα基因靶点的表达仍然升高，这表明PPARα配体仍在传递到MHC-PPORα心脏。

与毛细血管内皮相关的脂蛋白脂肪酶（LpL）主要负责TG衍生FA的释放。19这种酶的心脏特异性缺失减少了心脏脂蛋白衍生的FA摄取，而不改变FFA摄取。20为了进一步确定导致脂毒性心肌病的FA来源，将MHC-PPARα小鼠与心脏特异性LpL敲除（hsLpLko）小鼠杂交。20我们发现LpL缺乏可挽救脂毒性心肌病，并逆转PPARα的慢性激活，从而确定PPARα配体的来源，该配体必须通过CD36依赖性途径传递。此外，我们发现CD36或LpL缺乏对心肌病的挽救与线粒体功能调节相关基因的重新激活有关。

方法

动物的产生和实验

MHC-PPARα/hsLpLko小鼠的产生在补充方法已描述MHC-PPARα/CD36ko小鼠。18对于HF饮食研究，一个月大的雄性和雌性小鼠被喂食含有43%热量的饮食，这些热量来自由长链FA（TD01381，Harlan Teklad，Madison，WI）组成的含脂肪TG，为期4周。所有动物实验均按照NIH动物人道治疗指南进行，并由华盛顿大学医学院动物研究委员会（WUSM）审查。

组织学分析

根据WUSM消化疾病研究核心中心（DDRCC）形态学核心的描述，进行油红O染色。18

心肌甘油三酯定量和血浆化学

WUSM临床研究营养中心（CNRU）通过酶比色法（Thermo Scientific、Waltham、MA和Wako Pure Chemical Industries，Ltd.Osaka，Japan）测定组织TG和血清FA、TG和胆固醇水平。

超声心动图研究

使用Acuson Sequoia 256超声心动图系统（Acuson Corp.，Mountain View，CA）对清醒小鼠（n=3-4只雄性和3-4只雌性/组）进行经胸M型和二维超声心动图检查。21

电子显微镜

乳头肌从心脏左心室（LV）剥离，如前所述固定，22并切片进行电子显微镜检查。

RNA分离和实时定量RT-PCR分析

从雄性和雌性心脏（n=7–10/组）中分离出总RNA，并使用小鼠特异性引物探针集进行定量实时RT-PCR（Q-rtPCR）。8,23,24

小鼠离体工作心脏制剂

低表达MHC-PPARα/hsLpLko动物用于隔离工作心脏（IWH）研究。标准饮食的8周雄性和雌性小鼠（n=6–9/组）按照所述进行了IWH准备。25Krebs-Henseleit灌流液含有5mmol/L葡萄糖、100μU/mL胰岛素和0.4mmol/L棕榈酸酯。

VLDL摄入研究

通过在d=1.006 g/ml、39000 rpm下超速离心22小时，从正常高脂血症的人类供体中分离出VLDL，并按照前面所述进行标记。26有关超低密度脂蛋白制备和注射的详细信息，请参阅补充材料.

新生大鼠心室肌细胞的制备

使用沃辛顿生物化学公司试剂盒（新泽西州莱克伍德）从1日龄Sprague-Dawley大鼠幼崽中分离出新生大鼠心室肌细胞（NRVM）。将细胞重新悬浮在培养基中（10%马血清、5%胎牛血清、100μmol/L BrdU、2mmol/L L-谷氨酰胺在含有4.5g/L葡萄糖的DMEM中）。

瞬时转染试验

在12孔明胶涂层（Millipore，Billerica，MA）板中以大约3000000个细胞/ml的浓度电镀NRVM。在电镀时，使用所述磷酸钙方法将质粒DNA转染细胞。27质粒结构和浓度、试剂和细胞采集的详细说明见补充材料.

统计

对于定量数据，使用方差分析结合Tukey检验或Student检验进行统计比较t吨假设方差不相等的检验。所有数据均以平均值±标准误差（SE）表示，统计显著性差异定义为第页<0.05.

结果

LpL缺乏对MHC-PPARα小鼠心肌病的治疗作用

评估了四个实验组：LpL飞行/飞行（重量），磅飞行/飞行MHC-Cre（hsLpLko），LpL飞行/飞行MHC-PPARα（MHC-PPARα），LpL飞行/飞行MHC-PPARα–MHC-Cre（MHC-PPORα/hsLpLko）。证实MHC-PPARα基因型中PPARα的基因表达水平相似，LpL中没有LpL飞行/飞行-用Q-rtPCR检测Cre基因型及心肌LpL酶活性(补充图2). HF饮食后，任何基因型之间的血浆FFA、TG和胆固醇水平均无显著差异(补充表1). 尽管hsLPLko动物的血浆TG趋于升高，但在MHC-PPARα转基因的情况下，这一趋势没有进一步改变。

正如预期的那样，MHC-PPARα小鼠左室重量指数增加，左室缩短分数减少，左室收缩和舒张直径增加(图1,补充表2)HF饮食后恶化的表型。相反，MHC-PPARα/hsLpLko小鼠在两种饮食中的心室功能、LV质量指数和心室大小均正常。因此，LpL对MHC-PPARα小鼠心肌病的发展是必要的。

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LpL缺乏可挽救MHC-PPARα小鼠的心室功能障碍

A） 基线（一个月）和HF饮食4周后，每个基因型左室的典型M型超声心动图图像。B） 条形代表超声心动图分析确定的左室缩短分数（FS）的平均百分比（±SE）*第页<0.05 vs WT和hsLpLko，†第页与匹配饮食的MHC-PPARα小鼠相比，<0.05（n=6-8/组）。

LpL缺乏拯救MHC-PPARα小鼠心肌代谢紊乱

HF饮食4周后，与WT对照组相比，油红O染色（中性脂质过多的标志物）显示MHC-PPARα小鼠心肌切片中脂质异常积聚(图2A). 相比之下，MHC-PPARα/hsLpLko和WT小鼠心脏的脂质染色相似。与这些结果一致，MHC-PPARα小鼠心脏中的TG水平是WT对照组的15倍，但在MHC-PPERα/hsLpLko心脏中是正常的(图2B).

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HF饮食对MHC-PPARα/hsLpLko小鼠心肌脂质蓄积的逆转作用

A） 代表性显微照片描绘了HF饮食4周后从所有基因型制备的油红色O染色心室组织。红色液滴表示中性脂质染色。B） HF饮食后每个基因型的平均（±SE）心肌TG水平（n=3-5/组）*第页<0.05 vs WT和hsLpLko，†第页与MHC-PPARα相比<0.05。

为了评估LpL缺乏对心肌燃料利用的影响，我们使用了IWH制剂。低表达MHC-PPARα小鼠13之所以选择进行这些实验，是因为在没有HF饮食的情况下，这条线不会产生心室功能障碍，而心室功能障碍可以独立影响心肌基质利用率。如前所示，MHC-PPARα小鼠表现出较高的棕榈酸酯氧化率和较低的葡萄糖氧化率(图3).13,28与此形成鲜明对比的是，MHC-PPARα/hsLpLko小鼠的心肌葡萄糖和棕榈酸酯氧化率与WT动物的无差异，表明MHC-PPAR-α小鼠心脏燃料利用异常特征的完全逆转。结合心肌TG测量结果，这些结果表明心肌特异性LpL缺乏可纠正MHC-PPARα小鼠心肌TG水平升高和燃料利用紊乱。

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LpL缺乏使MHC-PPARα心脏的燃料利用正常化

[U的氧化速率-14C] 葡萄糖（左）和[9,10-三H] 在IWH中评估棕榈酸（右）（WT，n=8；hsLpLko，n=6；MHC-PPARα，n=9；MHC-PCARα/hsLpLko，n=2）。条形图表示平均（±SE）氧化速率，表示为每分钟每克干重氧化的底物的纳摩尔数*第页<0.05 vs WT和hsLpLko，†第页与MHC-PPARα相比<0.05。

MHC-PPARα小鼠心肌病表型的挽救与线粒体超微结构异常正常化相关

上述结果以及我们之前发表的工作，18证明与MHC-PPARα小鼠相关的心肌病通过CD36缺乏或LpL缺乏得以挽救。这两种解救模型的代谢表型显示出重叠和不同的特征，可能为脂肪中毒型心肌病的基础提供线索。在这两种情况下，TG积累被逆转，但只有LpL缺乏才能逆转PPARα驱动的高FAO率。这些结果表明，TG积累而非FAO增加与心脏功能障碍有关。最近的数据表明，细胞脂质积累与线粒体功能障碍之间存在关联。7,8,29此外，平衡燃料利用需要适当匹配的线粒体能力，以通过三羧酸（TCA）循环和氧化磷酸化途径氧化燃料。30对从MHCPPARα心脏LV制备的电子显微照片（EM）的评估表明，线粒体结构紊乱，嵴密度和结构改变（黑色箭头，图4A). 线粒体体积密度也有所增加。这些变化在MHC-PPARα/hsLpLko心肌的EM中显著缺失(图4A). 转录辅激活子PPARγ辅激活子-1α（PGC-1α）在控制出生后心脏线粒体的生物发生和功能中起着关键作用。22,31,32在几种心力衰竭小鼠模型中，PGC-1α的表达失调。33,34我们发现MHC-PPARα心脏中PGC-1αmRNA水平显著降低(图4B). LpL缺乏和CD36缺乏均逆转了PGC-1α表达的下调(图4C). 此外，参与线粒体代谢的其他基因的表达，包括TCA循环（琥珀酸脱氢酶，SDHα）和氧化磷酸化（ATP合成酶β）在MHC-PPARα小鼠的心脏中减少，但在MHCPPARα/hsLpLko心脏中正常化(图4D). 综上所述，这些数据表明，心肌脂质积累导致线粒体功能障碍，至少部分与PGC-1α基因表达的抑制有关。

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MHC-PPARα/hsLpLko心脏线粒体基因表达和超微结构改善

A） WT、MHC-PPARα和MHC-PPERα/hsLpLko心脏乳头肌的代表性EM。白色条=2微米。B） Q–rtPCR分析WT和MHC-PPARα心脏（n=9/基因型）中编码PGC-1α的心脏转录物，MHC-PPAR-α/hsLpLko和MHC-PPARα/CD36ko中编码PGCα的心脏抄本，与WT、MHC-PPERα（n=6–7/组）和D）心脏中额外基因靶点（文本缩写）的比较，MHC-PPARα和MHC-PPORα/hsLpLko（n=7-9/组）。所有条表示在每种情况下归一化为WT值（=1.0）的平均值（±SE）任意单位（AU）*第页<0.05 vs WT和hsLPLko，†第页与MHC-PPARα相比<0.05。

LpL是向心肌细胞传递PPARα配体所必需的

LpL缺乏挽救了MHC-PPARα小鼠的葡萄糖和FA利用异常，与CD36缺乏相比，揭示了显著的表型差异。具体而言，CD36缺陷并没有逆转MHC-PPARα心脏中高FAO率和PPARαFAO靶基因表达增加，表明PPARα在该模型中仍受到慢性刺激。18相反，PPARα靶基因在MHC-PPARα/hsLpLko小鼠心脏的表达与WT小鼠无差异。具体而言，参与FAO的PPARα目标基因的表达（肌肉型肉碱棕榈酰转移酶1，MCPT-1；解偶联蛋白3，UCP3；酰基辅酶A氧化酶，ACO），FA摄取（FA转运蛋白1，FATP1）HF-fed MHC-PPARα/hsLpLko小鼠心脏中的葡萄糖代谢（丙酮酸脱氢酶激酶4，PDK4；葡萄糖转运蛋白4，GLUT4）恢复到野生动物水平(图5). 基因型间CD36表达无显著差异(补充图3). PPARβ也在调节心脏代谢中起作用，我们发现PPARα/PPARβ的比值驱动脂质积聚和心肌病。35与WT相比，MHC-PPARα心脏中PPARβ的基因表达轻度增加（2.2倍），但MHC-PPAR-α/hsLpLko心脏中没有变化（数据未显示）。

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LpL缺乏MHC-PPARα心脏的心脏代谢PPARα靶基因表达正常

A） FA代谢基因靶标和B）葡萄糖代谢基因靶子（文本缩写）的mRNA水平由Q-rtPCR使用HF饮食后2个月龄小鼠心脏的RNA测定（n=7-9/基因型）。条形代表归一化为WT值（=1.0）的平均值（±SE）AU*第页<0.05 vs WT和hsLpLko，†第页与MHC-PPARα相比<0.05。

证明LpL缺乏的基因表达数据使PPARα代谢基因靶点的表达正常化，表明LpL在向心肌细胞传递FA或其他PPARα配体方面比CD36发挥更重要的作用。为了评估两种模型对脂蛋白衍生FA摄取的影响，使用双标记VLDL对WT、MHC-PPARα、MHC-PPARα/hsLpLko和MHC-PPERα/CD36ko小鼠进行了放射性标记脂质摄取研究；TG标记为14C和胆固醇酯（CE）被标记为三给8–10周龄的动物注射双标记VLDL，并在注射后30分钟采集组织。心脏摄取14与WT动物相比，MHC-PPARα小鼠心脏的C-标记TG增加。LpL-和CD36缺陷MHC-PPARα小鼠的TG衍生脂质摄取均正常化(图6). 相反，三在LpL缺乏的MHC-PPARα小鼠中，H-CE摄取显著减少，但在CD36缺乏的心脏中则没有(图6). 与野生动物相比，hsLpLko动物的CE摄取量也有类似的减少（数据未显示）。

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MHC-PPARα/hsLpLko心脏VLDL-TG和-CE的心脏摄取改变

条形代表TG的平均（±SE）心脏脂质摄取，以放射性计数（dpm/克组织）表示，归一化为肝脏放射性计数(14C-TG，左）和CE(三H-CE，右），在WT（n=6）、MHC-PPARα（n=7）、MHC-PPARα/hsLpLko（n=8）和MHC-PPORα/CD36ko（n=8）动物中*第页与所有其他组相比，<0.05。

LpL-和CD36缺陷型心脏对“核心脂质”的摄取不同，这些“核心脂质”未水解，并与极低密度脂蛋白残留有关。因此，我们假设脂蛋白残余物中所含的脂质激活心脏中的PPARα，并且配体以LpL依赖的方式独立于CD36进入心肌细胞。为了验证这一假设，采用细胞培养试验，其中Gal4-PPARα-LBD融合报告物用于原发性NRVM。正如预期的那样，FA油酸盐在一定程度上激活了Gal4-PPARα-LBD（3倍）(图7A). 二十二碳六烯酸（DHA）的作用与油酸类似，但棕榈酸酯不能激活Gal4-PPARα-LBD(补充图5). VLDL单独对Gal4-PPARα-LBD活性没有影响。然而，在存在LpL的情况下，VLDL导致Gal4-PPARα-LBD显著激活15倍，这与LpL是VLDL介导的PPARα激活所必需的假设一致。使用更高浓度的油酸盐进行的研究在400μmoles/L时产生了轻微的额外效应，但VLDL/LpL效应仍然更大（数据未显示）。为了评估LpL酶活性在极低密度脂蛋白激活PPARα中的必要性，使用通过LpL预处理或在LpL抑制剂四氢脂肪抑制素（THL）的存在下耗尽TG的VLDL重复实验。TG缺失的VLDL残基（包含核心脂质）和VLDL+THL+LpL只能将报告者激活到与油酸盐类似的水平(图7B). 这些结果表明，LpL增加PPARα活化的机制需要TG脂解和完整的LpL酶活性。

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LpL对VLDL的脂解导致PPARα的激活

使用UAS的瞬时联合转染三tk.luc报告员和Gal4-PPARα-LBD在NRVM中执行。用A）BSA、100mmol/L油酸盐、VLDL单独、LpL单独或VLDL+LpL刺激细胞12–14小时。B） BSA，或LpL+VLDL（原始），再分离的VLDL对照（VLDLc）或TG耗尽的VLDL（VLDLtg），或VLDL+LpL+THL。C） 与A中相同的联合转染条件，但使用siCtrl或siCD36。条形图表示三个或三个以上实验的平均（±SE）相对光单位（RLU），每个实验一式三份，校正为雷尼利亚荧光素酶活性，并归一化为BSA刺激的细胞活性（=1.0）*第页每个siRNA与BSA治疗相比<0.05，†第页与VLDL+LpL相比≤0.05。

我们的结果表明，LpL介导的PPARα配体传递是CD36依赖性的。因此，在CD36被“击倒”后重复NRVM实验。与转染对照siRNA的细胞相比，CD36 siRNA（siCD36）使CD36 mRNA表达减少90%以上(补充图4). 在油酸盐或VLDL/LpL存在下，用siCtrl或siCD36转染NRVM。与转染siCtrl的细胞相比，油酸盐或VLDL/LpL和siCD36处理的细胞细胞内脂滴明显减少，为CD36功能降低提供了证据（数据未显示）。然而，即使存在siCD36，油酸盐或VLDL/LpL也会激活Gal4-PPARα-LBD(图7C). 这些数据与体内数据表明，LpL介导的VLDL水解产生的配体独立于CD36转运到心肌细胞。

讨论

为了了解脂肪酸利用和脂质积累增加对糖尿病心脏功能障碍的作用，已经建立了几种转基因小鼠模型，包括：心肌特异性LpL、，36酰基辅酶A合成酶和，37FATP1过度表达，38以及本研究中使用的MHC-PPARα模型。28MHC-PPARα小鼠再现了FAO和心脏TG储备增加以及葡萄糖利用率降低的糖尿病代谢特征。这些模型的特征化导致了与脂肪毒性在心肌病发展中的作用有关的新问题，包括：1）FAO和TG积累对心肌病的相对贡献是什么？2） 为什么尽管FAO比率更高，TG却在心肌细胞中积聚？3） 过量脂质（FFA或脂蛋白）的来源是什么？它是否也激活PPARα？

我们之前已经表明，在CD36缺陷背景下培育的MHC-PPARα小鼠可以恢复心脏功能。18CD36缺乏可减少FFA和脂蛋白衍生FA的摄取。目前的研究探讨了脂肪转运蛋白保持完整时，LpL对脂毒性心肌病的特殊贡献。该研究揭示了三个关键发现：1）心肌LpL缺乏可缓解MHC-PPARα小鼠的收缩功能障碍和心肌TG蓄积；2） 脂蛋白衍生脂肪酸是这种心肌病的主要脂质来源；3） PPARα配体的传递依赖于LpL介导的VLDL水解，而不依赖于CD36。

与过度摄入脂质相关的心脏功能障碍有许多机制，包括：1）FAs、TG或其他脂质的直接毒性；39,402） 过量的FAO导致活性氧种类和/或耗氧量增加；393） 降低葡萄糖氧化；4） 线粒体功能改变。7,8,29目前对LpL缺乏症的救援与我们之前的MHC-PPARα/CD36ko动物对TG积聚的救援类似，证实了脂质过多会导致收缩功能障碍。通过LpL缺失纠正脂肪毒性，进一步证明脂蛋白TG而非FFA是罪魁祸首。

我们的数据还表明，线粒体功能紊乱，由PGC-1α的下调介导，是脂毒性模型中心肌病的潜在决定因素。与这一概念一致，我们发现LpL缺乏纠正了MHC-PPARα小鼠心脏线粒体代谢靶基因表达的减少和线粒体超微结构紊乱。基于这些结果，我们推测心肌细胞脂质过多导致PGC-1α信号减少，进而导致脂中毒性心肌病的心室功能障碍。PGC-1α基因表达被细胞脂质过载下调的机制尚不清楚，但可能是暂时现象，因为在胰岛素抵抗的心脏中，我们发现PPARα和PGC-1β表达上调，8也许是一种适应性反应，一旦出现脂毒性效应就会失效。我们还发现，PPARα能够激活某些细胞类型中的PGC-1α启动子（Duncan和Kelly，未发表的数据），这表明PPARα与其辅激活子PGC-1β之间存在一个自动调节环。我们怀疑，脂质过载与PPARα激活共同导致PGC-1α通过尚未阐明的机制下调。我们目前的数据不能排除心肌葡萄糖氧化减少对收缩功能障碍的影响，因为CD36缺乏和LpL缺乏均使MHC-PPARα小鼠的葡萄糖氧化率正常化。然而，在另一种心脏脂肪毒性模型（MHC-PPARγ）中，葡萄糖摄取没有改变。41

这项研究的一个新发现是，LpL缺乏逆转了粮农组织过量和粮农组织PPARα基因靶标的慢性激活。该观察结果与CD36缺陷形成对比，CD36缺陷不影响MHC-PPARα小鼠中PPARα靶点或FAO的激活。18这些结果确定了心脏中PPARα配体传递和生成途径的根本差异。由于CD36减少了FFA和脂蛋白TG的摄取，MCH-PPARα/CD36ko中FA总摄取的减少应更大；我们的数据表明，在PPARα激活中存在FFA以外的配体。上一个在体外研究表明，VLDL/LpL可以激活内皮细胞和巨噬细胞中的PPAR。42–44我们的数据将这些发现扩展到体内并提示心肌LpL参与PPARα配体的生成。NRVM研究证实，在LpL存在下，VLDL导致PPARα报告子的强烈激活。此外，在没有CD36的情况下，VLDL/LpL或油酸盐激活PPARα，证实配体递送途径独立于CD36。可能是扩散等机制45或替代转运体（例如FATP家族成员）对于在CD36缺乏动物中运输和靶向PPARα配体非常重要。值得注意的是，LpL缺乏并不能消除PPARα的激活，这反映在靶基因表达和FAO率与WT相似，表明一些配体可用于基础PPARα激活。此外，脂质摄取研究表明，MHC-PPARα/hsLPLko动物具有与WT相似的TG摄取，表明基本VLDL-TG摄取得到了保留。这可能通过以下几种机制发生：1）非心肌细胞LpL活性（例如巨噬细胞）；462） 外周脂肪分解通过非LpL介导途径导致FA摄取；或3）通过外周脂肪分解产生的VLDL“残余”脂蛋白的摄取。

本研究中没有定义特定的心脏PPARα配体，但提供了一些线索。进行的VLDL摄入研究体内发现CD36缺陷和LpL缺陷MHC-PPARα动物之间CE摄取量存在显著差异。CE是整个颗粒摄取的标记，表明配体活性可能存在于脂质部分而不是TG衍生的FA中。然而，使用TG缺失VLDL的NRVM实验表明激活PPARα-LBD的能力降低，表明TG脂解是完全PPARα激活效应所必需的；仅仅向细胞提供类残余脂蛋白是不够的。后一结果与之前的结果一致，即完整的LpL酶活性是PPARα激活所必需的。43可能，VLDL颗粒组分的配体生成是一个多步骤过程，需要TG水解和核心脂质组分。LpL水解导致许多其他脂质种类的产生，包括氧化脂质（例如HODEs47)可以激活PPARα。还应注意，我们没有排除相关PPAR的活化配体（PPARδ，PPARγ）可能由VLDL粒子携带的可能性。需要进行进一步的研究，以评估能够激活PPARα的VLDL脂解物的特定成分及其对心肌细胞的下游影响。特异性PPARα配体的识别可能导致组织特异性策略来阻断心脏PPARα通路的慢性激活，从而制定预防或治疗人类脂中毒性心肌病的策略。

补充材料

补充1

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致谢

作者感谢陈周济（Zhouji Chen）在VLDL实验方面的帮助，感谢比尔·卡夫（Bill Kraft）在电子显微镜方面的专家技术帮助，感谢特蕾莎·利昂（Teresa Leone）对手稿的批判性审查。

资金来源

JGD获得了NHLBI K08奖（HL084093）的支持，是WUSM发育生物学卓越儿童健康研究中心的学者（K12-HD001487）。这项工作还得到了CNRU（P30 DK56341）、DDRCC（P30丹麦052574）和NIH拨款HL45095和HL73029（IJG）以及5P50HL07711304（DPK）的支持。

脚注

临床观点

代谢综合征和2型糖尿病在全球范围内的发病率急剧上升。心血管疾病是糖尿病患者死亡的主要原因，包括一种独立于冠状动脉危险因素的独特形式的心力衰竭。心肌脂质的积累和心脏燃料代谢的改变可能在糖尿病患者的心肌病中起着重要作用，这一问题被称为“脂毒性心肌病”本文探讨了与糖尿病心脏病病因相关的几个关键问题，包括：1）过量脂肪酸燃烧对收缩功能障碍的贡献是什么？2） 过量脂肪的来源是什么？它是否激活PPARa？PPARa是糖尿病心脏增加FA摄取和利用的重要转录介质？我们在脂毒性心肌病动物模型中证明，脂蛋白-甘油三酯而非游离脂肪酸是心肌病的主要致病因素。此外，我们将极低密度脂蛋白的脂蛋白脂肪酶（LpL）水解与PPARa的活化联系起来，表明LpL在驱动脂质过剩和生成PPARa活化配体方面起着关键作用；从而促进FA的过度利用途径。最后，我们的数据表明，脂质过多与线粒体功能障碍有关，线粒体功能障碍是脂中毒性心肌病患者心力衰竭的可能机制。进一步研究确定LpL产生的特异性PPARa配体可能有助于指导糖尿病心力衰竭的治疗策略。

披露

DPK是礼来公司和强生公司的科学咨询委员会成员。

工具书类

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