肖 晗， 馬曉偉， 付勇南， 張幼怡， 呂志珍

(北京大學第三醫(yī)院血管醫(yī)學研究所，衛(wèi)生部心血管分子生物學與調(diào)節(jié)肽重點實驗室，分子心血管學教育部重點實驗室，心血管受體研究北京市重點實驗室，北京 100191)

異丙基腎上腺素不同給藥模式對小鼠心臟腺苷酸活化蛋白激酶活性的影響*

肖 晗， 馬曉偉， 付勇南， 張幼怡， 呂志珍△

(北京大學第三醫(yī)院血管醫(yī)學研究所，衛(wèi)生部心血管分子生物學與調(diào)節(jié)肽重點實驗室，分子心血管學教育部重點實驗室，心血管受體研究北京市重點實驗室，北京 100191)

目的： 探討β-腎上腺素受體(β-AR)激動劑異丙基腎上腺素(ISO)2種給藥模式對小鼠心臟腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)活性的影響，以及AMPK激動劑在這2種模式中對心臟結(jié)構(gòu)和功能的不同作用。方法:采用皮下植入微滲透壓泵的方法給予雄性BALB/c小鼠持續(xù)14 d輸注ISO(5 mg·kg-1·d-1)以及每日皮下注射AMPK激動劑AICAR(250 mg·kg-1·d-1)。分別于植入泵14 d后和植入泵14 d并撤泵3 d后，利用超聲心動圖和血流動力學方法檢測心臟功能并收集心臟樣本。Western blot檢測AMPK的磷酸化水平。結(jié)果:持續(xù)輸注ISO 14 d后心臟AMPK的磷酸化水平較對照組明顯增加(P<0.05)，AICAR并不進一步增加AMPK磷酸化水平，反而有減少ISO引起的心臟AMPK磷酸化水平增加的趨勢。AICAR明顯抑制ISO引起的心臟重量增加。反映心臟收縮功能的左室短軸縮短率(FS)和左心室壓力最大上升速率(+dp/dtmax)在ISO組顯著高于對照組(P<0.05)，AICAR并不進一步增加心臟收縮功能。反映心臟舒張功能的左室舒張末壓(LVEDP)在各組并無明顯改變。持續(xù)輸注異丙基腎上腺素14 d并撤泵3 d后心臟AMPK的磷酸化水平與對照組的差異無統(tǒng)計學顯著性。AICAR明顯抑制ISO引起的心臟重量增加。+dp/dtmax在ISO組明顯低于對照組(P<0.05)，提示收縮功能下降。AICAR+ISO組與ISO組相比，有增加+dp/dtmax的趨勢。反映心臟舒張功能的LVEDP在ISO組明顯升高(P<0.05)，提示舒張功能明顯降低。而AICAR則顯著改善了ISO引起的舒張功能異常(P<0.05)。給予ISO后，AMPK磷酸化水平增加和心率增加的時間曲線一致，均為5 min開始升高，30 min開始下降至基礎(chǔ)水平。結(jié)論:β-AR持續(xù)激動使AMPK活性持續(xù)升高，而撤泵后AMPK活性則降至對照水平。觀察AMPK激動對心臟功能的改善作用需避免β-AR激動引起的正性變時變力效應的干擾。

β-腎上腺素受體； 腺苷酸活化蛋白激酶； 異丙基腎上腺素

腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)是真核生物細胞中一個重要的蛋白激酶，它是由α、β和γ 3個亞基構(gòu)成的異源三聚體，其α亞單位上Thr172位點的磷酸化反映AMPK是否激活[1]。AMPK，顧名思義是AMP激活的激酶，當受到外界刺激，如運動、低氧、氧化應激時，細胞能量代謝狀況下降， AMP/ATP比例增加，就會激活AMPK。AMPK 激活后增加脂肪酸攝取和氧化，加速葡萄糖攝取，刺激糖酵解，增加ATP 生成。同時為了保存細胞內(nèi)ATP，蛋白質(zhì)以及脂質(zhì)合成均受到抑制。因此AMPK被稱作細胞的能量感受器，可以增強產(chǎn)生能量ATP的代謝通路而減弱消耗能量的合成通路[2]。心臟的多種病理刺激均可導致其AMPK活性增加，如缺氧[3]、運動[4]、左心室壓力負荷[5]。既往研究表明，AMPK的激活在心肌缺血引起的心臟損傷中發(fā)揮心肌保護作用，其機制包括抑制心肌細胞凋亡與壞死，促進細胞自噬，抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激與氧化應激[6]。心肌缺血后引起的代償性AMPK激活，可以通過調(diào)節(jié)糖脂代謝增加ATP產(chǎn)生，維持心臟能量穩(wěn)態(tài)[6]。此外，我們前期研究發(fā)現(xiàn)游泳訓練可以通過激活AMPK，抑制β-腎上腺素受體(β-adrenoceptor,β-AR)激動劑異丙基腎上腺素(isoproterenol，ISO)激活引起的心臟纖維化[7]。

β-腎上腺素受體的長期過度激活可以引起病理性心臟重塑，包括左室肥厚、心肌間質(zhì)纖維化和心肌細胞凋亡，并且最終發(fā)展為心力衰竭[8]。而β-腎上腺素受體激動最重要的生理功能之一就是變時、變力和變傳導的正性肌力作用，這一作用可加快心率，促進心臟收縮功能。當心率加快，心臟耗能會增加，理論上會代償性激活AMPK。但是我們既往研究發(fā)現(xiàn)，在每日皮下注射ISO的小鼠心臟中，AMPK活性并不增加[7]。由此我們提出以下問題：β-腎上腺素受體持續(xù)激動時AMPK活性是否增加？AMPK激動劑又是否能夠改善β-腎上腺素受體持續(xù)激動引起的心臟病理性重構(gòu)？

因此，本研究觀察了β-腎上腺素受體激動劑ISO持續(xù)輸注14 d后，小鼠心臟AMPK活性以及AMPK激動劑AICAR對小鼠心臟結(jié)構(gòu)與功能的影響。為排除β-腎上腺素受體激動的正性肌力作用對AMPK活性的影響，我們又進一步觀察了ISO持續(xù)輸注14 d并撤泵3 d后的上述指標。并初步探討了2種模型心臟AMPK活性不同的可能原因。

材 料 和 方 法

1 動物

SPF級雄性BALB/c小鼠，8～10周齡，20～25 g，由北京大學醫(yī)學部實驗動物中心提供，動物實驗倫理批準號為LA2010-035。采用皮下植入微滲透壓泵(Alzet)的方法持續(xù)14 d輸注生理鹽水、ISO(5 mg·kg-1·d-1)和(或)每日皮下注射AMPK激動劑AICAR(250 mg·kg-1·d-1)，分為對照(control)組、ISO組、AICAR組和ISO+AICAR組。分別于植入泵14 d后和植入泵14 d并撤泵3 d后檢測心臟功能并收集心臟樣本。此外，為明確ISO對AMPK活性影響隨時間變化情況，我們給予小鼠單次注射ISO(5 mg/kg)，并在不同時點收集心臟樣本。

2 主要試劑

ISO購自Sigma；AICAR 購自Toronto Research Chemicals；抗p-AMPK(Thr172)抗體和抗AMPK抗體購自CST；抗eIF5抗體購自Santa Cruz；其它生化試劑均為進口分裝或國產(chǎn)分析純。

3 主要方法

3.1 Western blot法檢測蛋白水平 取小鼠心臟并迅速放置液氮中，研磨后加入組織裂解液裂解15 min，超聲處理后于4 ℃、12 000×g離心15 min，所得上清保存并蛋白定量。取60 μg蛋白進行10% SDS-PAGE凝膠電泳，蛋白分離后轉(zhuǎn)移至硝酸纖維素膜，5%脫脂奶粉置于室溫封閉1 h, 孵育p-AMPK(Thr172)(1∶1 000)、AMPK (1∶1 000)和eIF5(1∶5 000)抗體4 ℃過夜。次日TBST洗膜后，將膜置于HRP標記的山羊抗兔IgG(1∶2 000)中，室溫孵育1 h, 洗膜后用ECL發(fā)光液顯影。

3.2 超聲心動圖檢測小鼠心功能 小鼠用3%異氟烷(1 L/min)麻醉后，胸部脫毛，平臥放置于加熱板上。采用Vevo 770超聲儀(Visualsonics)進行超聲心動圖檢測。應用30 MHz探頭探測乳頭肌水平的胸骨旁短軸切面。用M型超聲在左室最大腔徑處記錄左心室前后壁運動曲線，測量心率，左室內(nèi)徑，并計算左室短軸縮短率(fractional shortening，F(xiàn)S)，計算公式如下：FS(%)=(舒張末左室內(nèi)徑-收縮末左室內(nèi)徑)/舒張末左室內(nèi)徑×100 %。

3.3 血流動力學評價 小鼠藥物麻醉后(1.25%三溴乙醇腹腔注射，劑量為250 mg/kg體重)固定于恒溫水浴板上。取頸部胸骨上窩正中切口，暴露并分離右側(cè)頸總動脈。將與多導生理記錄儀(Biopac Systems)連接的1.4F微型壓力測量導管(Millar Instruments)經(jīng)右側(cè)頸總動脈插入主動脈、左心室，記錄主動脈及左心室內(nèi)壓力，測量心臟收縮功能的指標左心室壓力最大上升速率(maximum rate of pressure rise, +dp/dtmax)和心臟舒張功能指標左室舒張末壓(left ventricular end-diastolic pressure，LVEDP)。

3.4 心臟稱重 小鼠測量體重后，置于充滿二氧化碳氣體的密閉盒內(nèi)處死，迅速剪開其胸廓，心內(nèi)注射10%氯化鉀使其在舒張末期停跳，取出心臟置于冰PBS(0.8% NaCl，0.02% KCl，0.02% KH2PO4，0.4% Na2HPO4)中進行灌洗，剪除心臟上的血管、脂肪組織等，用濾紙吸干水分，稱全心重量(heart weight，HW)，分離并測量脛骨長度(tibia length,TL)，計算全心重量/脛骨長度(HW/TL)。

4 統(tǒng)計學處理

用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件進行分析。數(shù)據(jù)均采用均數(shù)±標準誤(mean±SEM)表示，先采用雙因素方差分析(two-way ANOVA)確定2種藥物(ISO和AICAR)對相應指標是否存在交互作用。如存在交互作用，則分層采用非配對t檢驗進行組間兩兩比較；如不存在交互作用，多組間比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用Bonferroni校正的t檢驗。以P<0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

1 持續(xù)輸注異丙基腎上腺素14 d后心臟AMPK活性增加

如圖1所示，持續(xù)輸注ISO 14 d后，心臟磷酸化AMPK水平明顯增加(P<0.05)，提示AMPK活性在持續(xù)輸注ISO的小鼠心臟中是明顯增加的。在AICAR組以及ISO+AICAR組的小鼠心臟中，磷酸化AMPK水平也均明顯增加(P<0.05)。值得注意的是，雙因素方差分析提示ISO與AICAR對心臟AMPK活性的影響存在交互作用。在ISO與AICAR共同作用下，心臟磷酸化AMPK水平較單獨AICAR組明顯降低(P<0.05)，與單獨ISO組相比也有下降趨勢，但差異無統(tǒng)計學意義。這一結(jié)果提示ISO與AICAR共同作用下，心臟AMPK活性雖然較對照組升高，但與單獨給藥組(ISO或AICAR)相比，心臟AMPK活性反而降低。

Figure 1. Increased AMPK activity in the hearts of the mice with sustained infusion of isoproterenol (ISO). The heart tissues were harvested after the mice were subcuta-neously injected with AICAR (250 mg·kg-1· d-1) or saline and infused with ISO (5 mg·kg-1·d-1) for 14 d. Mean±SEM.n=5～6.*P<0．05,**P<0.01vscontrol；##P<0．01vsAICAR.

圖1 持續(xù)輸注異丙腎上腺素增加心臟的AMPK活性

2 持續(xù)輸注異丙基腎上腺素和(或)AICAR 14 d后，心臟結(jié)構(gòu)和功能的變化

如圖2所示，持續(xù)輸注ISO 14 d后，心臟重量明顯增加(P<0.05)，而給予AICAR則可明顯抑制ISO引起的心臟重量增加(P<0.05)。超聲心動圖檢測FS的變化提示ISO可明顯增加心臟收縮功能(P<0.05)。類似的，反映心臟收縮功能的血流動力學指標+dp/dtmax在ISO組與ISO+AICAR組均較對照組顯著增加。提示持續(xù)輸注ISO顯著增加心臟收縮功能。但是ISO+AICAR組與單獨給予ISO組相比，心臟收縮功能指標FS或+dp/dtmax并無明顯差別。提示在持續(xù)輸注ISO模型中，AICAR并不進一步影響ISO引起的心臟收縮功能增加。反映心臟舒張功能的LVEDP在各組亦無明顯改變，提示持續(xù)輸注ISO 14 d和給予AICAR對心臟舒張功能均無明顯影響。

3 持續(xù)輸注異丙基腎上腺素14 d并撤泵3 d后心臟AMPK活性并不增加

如圖3所示，持續(xù)輸注異丙基腎上腺素14 d并撤泵3 d后，心臟組織磷酸化AMPK水平與對照組相比并無明顯變化。只有單獨給予AICAR組，心臟組織磷酸化AMPK水平明顯增加(P<0.05)。ISO+AICAR組與對照組相比無明顯增加。 ISO+AICAR組與單獨給予ISO組相比，心臟組織AMPK磷酸化水平并無明顯差別。類似的，ISO+AICAR組與單獨給予AICAR組相比，心臟組織AMPK磷酸化水平有下降趨勢。這些結(jié)果提示，在持續(xù)輸注ISO14 d并撤泵3 d的模型中，心臟AMPK活性并不增加，在此基礎(chǔ)上給予AICAR也不能顯著增加心臟AMPK活性。相反，與單獨給予AICAR組相比，ISO有抑制心臟AMPK活性的趨勢。

Figure 2. The cardiac structure and function in the mice with sustained infusion of isoproterenol (ISO) and/or AICAR treatment. Echocardiography and evaluation of left ventricular haemodynamics were performed 14 d after treatment. The hearts were then harvested. A: the ratio of heart weight (HW) to tibia length (TL); B: fractional shortening (FS) was evaluated by echocardiography; C, D: +dp/dtmaxand left ventricular end-diastolic pressure (LVEDP) were measured by a 1.4-F micromanometer conductance catheter. Mean±SEM.n=6.**P<0．01vscontrol；#P<0．05vsISO group.

圖2 持續(xù)輸注異丙腎上腺素和(或)AICAR對心臟結(jié)構(gòu)和功能的影響

4 持續(xù)輸注異丙基腎上腺素14 d后并撤泵3 d后，心臟結(jié)構(gòu)和功能的變化

如圖4所示，與持續(xù)輸注ISO 14 d組相類似的，持續(xù)輸注ISO 14 d并撤泵3 d后，心臟重量明顯增加(P<0.05)，而給予AICAR則可明顯抑制ISO引起的心臟肥大(P<0.05)。但與持續(xù)輸注組不同的是，持續(xù)輸注ISO 14 d并撤泵3 d后, 超聲心動圖檢測FS的變化，與對照組相比并無明顯改變。而且反映心臟收縮功能的血流動力學指標+dp/dtmax在ISO組明顯降低(P<0.05)，提示收縮功能下降。而ISO+AICAR組與ISO組相比，則有增加+dp/dtmax的趨勢。反映心臟舒張功能的LVEDP在ISO組明顯升高(P<0.05)，提示舒張功能明顯降低。而ISO+AICAR組與ISO組相比，則顯著改善了ISO引起的舒張功能異常，并逆轉(zhuǎn)至正常水平(P<0.05)。

5 異丙基腎上腺素增加AMPK活性的時間曲線

如圖5所示，給予ISO后5 min, AMPK的磷酸化水平即顯著升高(P<0.05)，并持續(xù)升高至10 min。但給予ISO后30 min，AMPK的磷酸化水平即明顯下降，與對照組相比無明顯差異。此后多個時點(2 h、6 h、12 h、24 h、3 d、7 d和14 d)AMPK的磷酸化水平與對照組相比均無明顯差異，提示小鼠皮下注射ISO僅引起短暫AMPK活性的增加。同時，我們發(fā)現(xiàn)給予ISO后，小鼠心率也是在5 min開始升高，10 min時最大，然后迅速下降，在30 min時降至正常水平。這一結(jié)果提示，給予ISO后，AMPK活性的增加和心率的增加模式是一致的。

Figure 3.The changes of AMPK activity in the hearts of the mice with sustained infusion of ISO and then ceased infusion for 3 d. Heart tissues were harvested after removal of minipump for 3 d. Mean±SEM.n=5～6.*P<0.05vscontrol.

圖3 持續(xù)輸注異丙腎上腺素14 d后再撤去輸注泵3 d，心臟AMPK活性的變化

討 論

心臟AMPK在心肌缺血缺氧或是運動之后都是代償性升高，從而促進心肌脂肪酸攝取和氧化，加速葡萄糖攝取，刺激糖酵解，增加ATP 生成，以滿足心臟能量需求。我們和其他實驗室既往研究發(fā)現(xiàn)，給予小鼠或大鼠每日皮下或腹腔注射ISO 2周或1周后，心臟的AMPK活性是不變或降低的[7,9]。然而本研究發(fā)現(xiàn)給予小鼠持續(xù)輸注ISO 2周，心臟AMPK活性是明顯升高的，而且給予AMPK激動劑AICAR并不能進一步增加AMPK活性。提示ISO不同給藥模式對心臟AMPK活性的影響是不一樣的。進一步實驗發(fā)現(xiàn)給予ISO后，小鼠心臟AMPK活性出現(xiàn)一過性升高，隨后很快下降，其變化模式與心率變化模式一致。由此我們推測，心臟AMPK活性的升高是由于ISO引起的正性變時變力效應導致。β-腎上腺素受體激動會導致心臟收縮力增強，心率加快，心肌耗氧量會增加，與運動等刺激因素類似，會代償性激活AMPK，以滿足心臟能量需求。由于ISO引起的正性變時變力效應是一過性的，AMPK活性的升高也是一過性的，因此對于每日注射ISO和撤去輸注泵后的動物模型，心臟AMPK活性是不變甚至是降低的。而對于皮下埋泵持續(xù)輸注ISO的動物模型，由于ISO以及它的正性變時變力效應持續(xù)存在，因此心臟AMPK活性是持續(xù)升高的。值得注意的是，在本研究的2種ISO動物模型中，預先給予AICAR并不進一步增加心臟AMPK活性。相反，在持續(xù)輸注ISO的動物模型中，預先給予AICAR有降低心臟AMPK活性的趨勢。AICAR在細胞內(nèi)可轉(zhuǎn)化成ZMP，后者是AMP的類似物，可模擬AMP從而激活AMPK。根據(jù)本研究結(jié)果，預先給予AICAR有可能阻礙了持續(xù)輸注ISO引起的內(nèi)源性AMPK激活通路。就心臟AMPK活性而言，AICAR和ISO之間存在拮抗作用。而在我們既往研究中發(fā)現(xiàn)，游泳運動訓練仍可增加ISO動物模型心臟AMPK活性[7]。因此，從增加心臟AMPK活性角度而言，在ISO動物模型中，運動比AMPK激動劑AICAR更具優(yōu)勢。

Figure 4.The cardiac structure and function in the mice with sustained infusion of isoproterenol (ISO) and/or AICAR treatment and then ceased ISO infusion for 3 d. Echocardiography and evaluation of left ventricular hemodynamics were then performed and the hearts were harvested after removal of minipump for 3 d. A: the ratio of heart weight (HW) to tibia length (TL); B: fractional shortening (FS) was evaluated by echocardiography; C, D: +dp/dtmaxand left ventricular end-diastolic pressure (LVEDP) were measured by a 1.4-F micromanometer conductance catheter. Mean±SEM.n=5.*P<0.05,**P<0.01vscontrol;#P<0．05vsISO group.

圖4 撤去異丙基腎上腺素輸注泵3 d后觀察心臟結(jié)構(gòu)和功能的變化

Figure 5. The time course of cardiac p-AMPK level and heart rate upon ISO stimulation. A: Western blot analysis and quantification of p-AMPK at the indicated time points upon ISO stimulation; B: heat rates and p-AMPK levels at the indicated time points upon ISO stimulation. Mean±SEM.n=4～6.**P<0.01vscontrol group.

圖5 異丙基腎上腺素刺激后心臟AMPK磷酸化水平和心率的變化時間曲線

ISO不同給藥模式不但對AMPK活性的影響不同，對心臟結(jié)構(gòu)和功能的影響也是不一樣的。既往我們研究比較了每日皮下注射ISO和埋泵持續(xù)輸注ISO兩種小鼠動物模型，發(fā)現(xiàn)雖然2種模型都可以導致類似程度的心肌肥厚，但是每日皮下注射ISO模型中，心臟纖維化、心臟收縮與舒張功能的損傷，均比埋泵持續(xù)輸注ISO模型更重[10]。其可能機制是由于每日皮下注射ISO模型中，心臟產(chǎn)生更多的促纖維化因子，包括結(jié)締組織生長因子(connective tissue growth factor，CTGF)和NADPH氧化酶4(NADPH oxidase 4，NOX4)[10]。另一方面，我們近期研究發(fā)現(xiàn)，游泳訓練可以通過激活AMPK抑制ISO引起的NOX4表達和ROS產(chǎn)生，進而抑制ISO引起的心臟纖維化[7]。結(jié)合本研究結(jié)果，我們推測埋泵持續(xù)輸注ISO模型心臟纖維化與功能損傷較輕的原因可能是心臟AMPK在該模型中持續(xù)激活從而發(fā)揮了一定程度的心臟保護作用。

事實上，不但不同的給藥模式會影響心臟AMPK活性，不同的病理模型對心臟AMPK活性的影響也并不相同。主動脈縮窄導致的心臟壓力負荷模型可以升高心臟AMPK活性[5]，但是在自發(fā)性高血壓大鼠中，心臟AMPK活性是降低的[11]。而即便心臟AMPK活性代償性升高，AMPK激動劑AICAR或白藜蘆醇均能抑制主動脈縮窄引起的心臟肥大[12-13]。與之相類似的，在本研究的2種ISO給藥模型中，AICAR均能抑制ISO引起的心臟重量增加。但是由于β-腎上腺素受體持續(xù)激動使心臟功能代償性升高，無法看出AICAR對心功能的改善作用。只有在撤泵后3 d的模型中，由于ISO導致心臟收縮功能與舒張功能均下降，AICAR才表現(xiàn)出明顯的改善心功能的作用。另一方面，在ISO持續(xù)輸注模型中，AICAR并不進一步改善心功能的可能原因是AICAR并不進一步增加ISO引起的心臟AMPK活性增加，反而有抑制AMPK活性的趨勢。在撤泵后3 d的模型中，AICAR有增加ISO模型中心臟AMPK活性的趨勢，而這可能是AICAR在該模型中改善心功能的另一原因。

綜上所述，β-腎上腺素受體持續(xù)激動使AMPK活性持續(xù)升高，排除β-腎上腺素受體激動的正性肌力作用這一因素后，AMPK活性則降至對照水平。AMPK激動劑可抑制β-腎上腺素受體持續(xù)激動引起的心臟重量增加，但觀察AMPK激動劑對心臟功能的改善作用需排除β-腎上腺素受體激動的正性肌力作用以及2種藥物的相互作用(β-腎上腺素受體激動劑與AMPK激動劑)。因此，利用β-腎上腺素受體激動的心臟病理模型研究AMPK的心臟保護作用，應選擇無正性變時變力效應的模型。另一方面，我們這一結(jié)果還提示在急性應激狀態(tài)下，交感神經(jīng)的激活可以激活AMPK發(fā)揮心臟保護作用；但是在長期慢性交感神經(jīng)過度激活的情況下，一旦β-腎上腺素受體由于減敏等原因無法維持正性變時變力效應，AMPK活性則不再增加，從而喪失其保護作用。而AMPK激動劑有可能拮抗正性變時變力效應引起的AMPK活性增加，因此相比較藥物而言，運動可能為更合適的干預方式用以增加AMPK活性，改善心臟功能。

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(責任編輯： 陳妙玲， 羅 森)

Distinct effects of different β-adrenoceptor stimulation patterns on car-diac AMP-activated protein kinase activity

XIAO Han, MA Xiao-wei, FU Yong-nan, ZHANG You-yi, Lü Zhi-zhen

(InstituteofVascularMedicine,PekingUniversityThirdHospital,KeyLaboratoryofCardiovascularMolecularBiologyandRegulatoryPeptides,MinistryofHealth,KeyLaboratoryofMolecularCardiovascularSciences,MinistryofEducationandBeijingKeyLaboratoryofCardiovascularReceptorsResearch,Beijing100191,China.E-mail:zzlu@bjmu.edu.cn)

AIM: To investigate the cardiac AMP-activated protein kinase (AMPK) activity and the effects of AMPK activator on cardiac structure and function in the mice with different β-adrenoceptor (β-AR) stimulation patterns. METHODS: Male BALB/c mice were subcutaneously injected with AMPK activator (AICAR, 250 mg· kg-1·d-1) or saline, and infused with β-AR agonist isoproterenol (ISO, 5 mg·kg-1·d-1) for 14 d. The cardiac functions were evaluated by echocardiography or hemodynamic method, and the hearts were harvested after infusion cessation immediately or 3 d later. Phosphorylated AMPK (p-AMPK) was measured by Western blot. RESULTS: Sustained ISO infusion increased p-AMPK level. AICAR did not further increase p-AMPK but attenuated ISO-induced increase in heart weight. Sustained ISO infusion increased cardiac systolic function as indicated by left ventricular fractional shortening (FS) and maximum rate of pressure rise (+dp/dtmax). The cardiac systolic function was not further increased by AICAR. The cardiac diastolic function as indicated by left ventricular end-diastolic pressure (LVEDP) was not different in each group. In contrast, cardiac p-AMPK level was similar between the control mice and the mice with sustained ISO infusion and ceased infusion for 3 d. In this model, AICAR improved the cardiac systolic and diastolic functions, which were impaired by ISO. Moreover, the increased pattern of p-AMPK level was similar with that of heart rate upon ISO stimulation. CONCLUSION: Sustained ISO infusion increases p-AMPK. After ISO infusion cessation for 3 d, p-AMPK is decreased to the basal level. β-AR-induced inotropic effects should be avoided to investigate the cardioprotective role of AMPK activation in the β-AR stimulation models. [KEY WORDS] β-Adrenoceptor; AMP-activated protein kinase; Isoproterenol

1000- 4718(2016)12- 2177- 07

2016- 09- 06

2016- 10- 21

國家自然科學基金資助項目(No.81300067； No.81530009)

R363.2; R541.6

A

10.3969/j.issn.1000- 4718.2016.12.009

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