目的:百草枯（PQ）能促进脑组织细胞衰老,从而导致帕金森病。并且,PQ诱发心力衰竭和氧化损伤,但PQ是否以及如何诱导心脏衰老仍不清楚。在此,我们报道PQ诱导心肌细胞株H9c2氧化损伤以及细胞衰老相关表型,PQ体内诱导与心脏衰老相关的心室重塑和功能障碍表型。此外,PQ在体内和体外都抑制长寿因子FoxO3的活化。心血管疾病已经成为影响我国人口健康的主要原因,衰老是导致心血管疾病高发的一个重要诱导因素。因此,探索心脏衰老及靶向干预疗法,是目前衰老领域的研究热点和前沿。在本研究中,我们通过H2O2诱导心肌细胞衰老,以及自然年轻鼠（3月龄）、自然衰老鼠（24月龄）、全身敲除FoxO3年轻鼠（3月龄）和全身敲除FoxO3年老鼠（23月龄）,探索FoxO3在心脏衰老中的作用及其可能涉及的机制。并通过高通量测序,深入阐明介导心脏衰老的分子和细胞学机制,寻找缓解心肌氧化损伤,以及有效干预衰老相关心血管疾病的有效途径。方法:（一）:（1）利用q PCR、WB,检测PQ对FoxO3 mRNA和总蛋白的影响,检测Akt/FoxO3通路相关蛋白的表达变化。（2）通过si RNA干扰FoxO3,使用DCH2DCF检测H9c2细胞内ROS的含量,JC-1染色检测H9c2细胞线粒体膜电位的变化,FITC-PI检测细胞凋亡以及PI染色检测细胞周期的变化。（3）通过慢病毒系统筛选并建立H9c2细胞的FoxO3基因沉默稳定细胞株（sh FoxO3）,对照组（sh NC）。WB检测PQ对超氧化物歧化酶SOD2,过氧化氢酶Catalase,衰老标记物p53,p16以及凋亡相关蛋白Bax/Bcl2的影响。（二）:（1）构建心脏特异性敲除靶基因的小鼠(FoxO3-/-),标记为CKO,动物实验分为三组,对照组注射PBS,WT组注射PQ和CKO组注射PQ,每周一次,连续四周。利用q PCR、WB,检测PQ对心脏组织FoxO3 mRNA和蛋白的影响,检测Akt/FoxO3通路相关蛋白的表达变化,免疫荧光检测PQ对FoxO3在细胞核中表达的影响。（2）DHE免疫荧光检测小鼠心脏组织内ROS含量,MDA检测心脏组织脂质氧化程度。利用TUNEL染色技术,分析小鼠心脏组织细胞凋亡,免疫组化检测8-OHd G的变化。WB检测SOD2、Catalase、p53、p16、p21,p27和Bax/Bcl2蛋白的变化。（3）构建过表达载体SOD2、Catalase,转染H9c2细胞,以及Ch IP-PCR证明FoxO3与小鼠心脏SOD2、Catalase启动子结合。构建FoxO3及Catalase腺相关病毒载体系统（AAV9）,分析心脏过表达FoxO3、Catalase缓解PQ诱导的氧化损伤。（三）:（1）H2O2诱导H9c2细胞衰老,使用WB,检测H2O2诱导H9c2细胞衰老对FoxO3蛋白的影响,以及Akt/FoxO3通路相关蛋白的表达变化。（2）通过si RNA沉默FoxO3,使用DCH2DCF检测衰老H9c2细胞内ROS的含量,FITC-PI检测细胞凋亡的变化。（3）通过慢病毒系统筛选并建立H9c2细胞的FoxO3基因沉默稳定细胞株（sh FoxO3）,对照组（sh NC）,WB检测衰老H9c2细胞SOD2,衰老标记物p53、p16、p21、p27,凋亡相关蛋白Cleaved-Caspase3/Caspase3、Cleaved-Caspase9/Caspase9、Bax/Bcl2的变化以及q PCR方法检测端粒长度的变化。（四）:（1）构建全身敲除靶基因FoxO3的小鼠(FoxO3-/-),标记为EKO,并且在蛋白水平验证FoxO3敲除效率。动物实验分为四组,WT年轻（3月龄）、WT年老（24月龄）、EKO年轻（3月龄）和EKO年老（23月龄）鼠,使用q PCR、WB,检测自然老年鼠中FoxO3mRNA和蛋白的变化,检测Akt/FoxO3通路相关蛋白的表达变化,免疫荧光检测自然衰老对FoxO3在细胞核中表达的影响。（2）q PCR检测衰老相关分泌因子SASP变化:TNFα、MMP3、IL-8、IL-6和IL-1β。检测自然衰老和EKO老年鼠线粒体拷贝数变化CoxΙ/β-globion,Cytb/H19,PGC1α和线粒体中ATP含量的变化,透射电镜检测心肌组织中线粒体形态的变化。（3）WT年轻、WT年老、EKO年轻和EKO年老鼠,免疫荧光检测γH2AX和Lamin B的变化。（4）WB检测衰老相关蛋白p53、p16、p21,p27和凋亡相关蛋白Cleaved-Caspase3、Cleaved-Caspase9、Bax/BCL2,自噬相关蛋白LC3B,增殖相关蛋白PCNA的变化以及p-m TOR、P-AMPK、P-Erk,P-MAPK蛋白和P-IκB的变化。（5）通过RNA-seq高通量测序,分析WT年轻、WT年老、EKO年轻和EKO年老鼠差异性基因和相关信号通路的变化。并且在mRNA水平验证能量代谢靶基因Myh7、Aldob、Mapk9、ACADSB、PTGES3、HADHB、Tcf7L2,NADK2的变化。结果:（一）:（1）PQ诱导显著抑制FoxO3 mRNA和蛋白的表达,抑制Akt/FoxO3活性。（2）PQ诱导H9c2细胞ROS积累,细胞凋亡,线粒体膜电位下降,抑制细胞周期,促使细胞衰老,敲除FoxO3,进一步加剧以上表型。（二）:（1）PQ诱导小鼠心脏心室重构,WGA表明PQ诱导心肌细胞肥大,上调肥大相关基因的表达,诱导小鼠心脏组织内积累ROS,促进脂质氧化物丙二醛（MDA）的生成,心脏特异性敲除FoxO3进一步加剧上述表型。（2）过表达SOD2、Catalase,显著促使细胞增殖,抑制PQ诱导的细胞凋亡。Ch IP-PCR证明FoxO3结合SOD2,Catalase启动子区域,正向调控SOD2和Catalase的表达。心脏过表达FoxO3和Catalase,表明FoxO3、Catalase缓解PQ诱导的心室重构。（三）:（1）H2O2诱导H9c2细胞衰老,显著抑制FoxO3蛋白的表达,和Akt/FoxO3活化。（2）WB证明si RNA有效的沉默FoxO3,H2O2诱导H9c2细胞ROS积累,细胞凋亡,敲除FoxO3,进一步加剧以上表型。（四）:（1）自然衰老降低FoxO3 mRNA和蛋白在小鼠心脏组织的表达,抑制Akt/FoxO3通路的活化。（2）SASP结果表明,自然衰老上调TNFα,MMP3,IL-6和IL-1β细胞因子,敲除FoxO3,促使IL-6和IL-1β的表达,抑制TNFα的表达。（3）衰老心脏组织抑制能量代谢,破坏线粒体形态和结构。全身敲除FoxO3进一步导致线粒体结构紊乱.（4）衰老心脏组织促使γH2AX表达,抑制Lamin B表达,EKO老年鼠进一步促使γH2AX表达,下调Lamin B表达。（5）WT年轻鼠、WT年老鼠、EKO年轻鼠,EKO年老鼠,高通量测序表明有37个差异性基因是重叠的,通过Go和KEGG分析表明,37个差异性基因主要集中在线粒体氧化磷酸化和能量代谢途径。ACADSB和PTGES3作为靶基因进一步研究。结论:（1）PQ和H2O2诱导H9c2细胞衰老表型,抑制增殖,促进凋亡,β-gal活性增加,以及p53,p16蛋白表达。体内实验表明FoxO3敲除加剧PQ诱导和自然衰老的心肌肥厚、纤维化、凋亡、氧化损伤。（2）体内实验通过染色质免疫沉淀验证FoxO3与心脏Cat和SOD2基因启动子结合,过表达Cat或SOD2可缓解PQ诱导的FoxO3敲除的心肌细胞衰老表型。FoxO3和Cat在心脏中的过表达显著抑制了PQ诱导的心脏损伤和与衰老相关的表型。（3）FoxO3参与到m TOR、AMPK,自噬通路,共同调控衰老过程,高通量测序再次证明FoxO3主要参与到线粒体生物合成和能量代谢,从而调控哺乳动物的心脏衰老过程。