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研究背景及目的心血管疾病是危害人类的头号杀手,而病理性心肌肥厚是心血管疾病的一种常见并发症,是多种心血管疾病进展为心衰的常见病理进程,已被列为引起心血管疾病发生率和病死率显著升高的独立危险因素,成为严重不可忽视的公共卫生问题。临床上慢性高血压、主动脉瓣缩窄、二尖瓣关闭不全、主动脉瓣关闭不全以及某些遗传性心肌病(如肥厚型心肌病)均可发生病理性心肌肥厚,其病理表现为心肌细胞的肥大,心脏体积的显著增大和室壁厚度的显著增厚,功能上表现为心功能(射血分数和左室缩短分数)的显著降低。研究表明,心肌细胞自噬、非编码RNAs、细胞代谢、增殖、免疫应答、翻译调节及表观遗传修饰等均有参与病理性心肌肥厚的发生。而目前临床上只能延缓病理性心肌肥厚向心衰转变,尚无有效治疗心肌肥厚的临床药物。因此,探索心肌肥厚发生发展的关键调控因子,深入理解心肌肥厚发病机制,是心肌肥厚和心力衰竭临床药物研发的重中之重。前列腺六跨膜上皮抗原3(STEAP3)是一种铁还原酶,可参与铁稳态、外切体的组装和分泌、细胞凋亡、增殖和炎症等重要生物学过程。研究发现Steap3基因缺失小鼠在缺血再灌注(I/R)损伤后可通过抑制转化生长因子激活的激酶1(Tak1)的活化减缓缺血再灌注损伤。此外,Steap3基因缺失可减弱Toll样受体4(Toll-like receptor 4,TLR4)介导的巨噬细胞的炎症反应。STEAP3可能参与多种调控心肌肥厚的信号转导途径。然而,STEAP3在病理性心肌肥厚和心力衰竭发生发展中的作用尚不清楚。本研究旨在探索STEAP3在病理性心肌肥厚疾病发展中的功能。方法为了探索STEAP3在病理性心肌肥厚中的作用和机制,我们首先分离培养了大鼠原代心肌细胞(NRCMs),用腺病毒感染大鼠原代心肌细胞过表达STEAP3后,经PE刺激24h后,α-Actinin免疫荧光染色评价心肌细胞形态和大小,并检测心肌肥厚标志物(心钠肽ANP和β-肌球蛋白重链Myh7)的蛋白质和m RNA表达。为探索STEAP3在体内对病理性心肌肥厚的作用,我们构建了心肌细胞特异性STEAP3过表达小鼠(TG),以同窝转基因阴性小鼠(NTG)做对照,行主动脉缩窄手术(TAC)诱导小鼠心肌肥厚发生。小鼠分组如下:NTG/Sham组(NTG小鼠,对照组,n=10,小鼠进行假手术,假手术4周后取材);TG/Sham组(Steap3-TG小鼠,对照组,n=10,小鼠进行假手术,假手术4周后取材);NTG TAC组(NTG小鼠,手术组,n=10,主动脉缩窄术4周后取材);TG TAC组(Steap3-TG小鼠,手术组,n=10,主动脉缩窄术4周后取材)。TAC手术4周后评价心功能和心肌肥厚程度,具体指标包括超声检测评价心功能(LVEDd、LVESd、FS和EF);然后对实验小鼠取材,获得大体指标如心重/体重(HW/BW)、肺重/体重(LW/BW)和心脏/胫骨长度(HW/TL)的测量数据;然后对取样的心脏组织进行病理染色分析(H&E染色评价心肌细胞横截面积、PSR染色评价心脏纤维化程度),心脏组织的分子检测(心肥和纤维化相关分子的蛋白质和m RNA检测)。为了进一步探索STEAP3在病理性心肌肥厚中的作用机制,对上述组别的细胞样品和动物组织样品中心肌肥厚关键调控信号通路的MAPK信号通路中核心蛋白总蛋白和磷酸化水平做Western Blot检测分析。结果过表达STEAP3(Ad Steap3)腺病毒感染的NRCM细胞模型中发现:在未经PE刺激的基础条件下,STEAP3过表达未明显改变心肌细胞形态和肥大标志物(ANP和Myh7)m RNA水平。然而,PE刺激诱导下,新生大鼠原代心肌细胞明显肥大,而STEAP3过表达对PE诱导的心肌细胞肥大的反应,通过免疫荧光和实时聚合酶链反应(RT-q PCR)检测,与Ad GFP相比,过表达STEAP3心肌细胞明显变小,肥大标志物的m RNA水平显著降低。在心脏特异性过表达STEAP3小鼠中,这些Steap3-TG小鼠的心脏功能在假手术组中无明显异常。在TAC手术4周后,与对照(NTG)小鼠相比,超声心动图对左心室(LV)的评估显示,STEAP3-TG小鼠心脏舒张末期内径(LVEDd)、左室收缩末期内径(LVESd)减小,左室短轴缩短率(FS)、射血分数(EF)上升。此外,与NTG小鼠相比,STEAP3-TG小鼠HW/BW、LW/BW和HW/TL比值显著降低。心脏组织病理HE染色显示,与NTG小鼠相比,Steap3-TG小鼠对TAC诱导的心肌肥大的反应也表现出更小的心脏大小和更小的心肌细胞横截面积。同时,通过苦味酸-天狼猩红(PSR)染色的组织学分析和左室胶原体积的统计结果显示,与NTG小鼠相比,SREAP3-TG小鼠表现出更少的纤维沉积。并且,Steap3-TG小鼠与NTG小鼠相比,TAC处理的Steap3-TG小鼠的肥大标志物(ANP、脑钠肽BNP和Myh7)和纤维化标志物(I型胶原α1 Col1α1、III型胶原α1 Col3α1和结缔组织生长因子Ctgf)的m RNA表达水平明显低于TAC处理的NTG小鼠。结论1.STEAP3减轻苯肾上腺素(PE)诱导的心肌细胞肥大;2.STEAP3改善主动脉缩窄(TAC)术后小鼠受损的心脏功能;3.STEAP3改善压力超负荷诱导的小鼠心肌肥厚和心肌纤维化;4.STEAP3通过抑制MAPK信号通路,进而抑制病理性心肌肥厚的发生发展。