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背景心肌肥厚是心力衰竭的关键性临床过程,多种疾病包括高血压、瓣膜狭窄、心肌梗死等均可出现心肌肥厚的病理生理改变。虽然心肌肥厚作为一种代偿机制,在初始阶段能够减轻室壁压力、维持心输出量,但是持续的心肌肥厚终将导致心室功能障碍并发展为心力衰竭。因此,如果能预防甚至逆转心肌肥厚,就能够在心力衰竭早期遏制疾病的进展,防止心功能恶化。目前认为,心肌肥厚主要由机械性刺激与神经体液机制诱发,通过多种信号转导通路将肥大信号传入核内,引起相关基因表型的改变。然而,心肌肥厚的发生发展机制仍未完全阐明,尚缺乏十分有效的干预手段。干细胞抗原1(Stem cell antigen1, Scal)是一种糖磷脂酰肌醇锚定蛋白(glycosyl phosphatidylinositol-anchored protein, GPI-AP),最初发现在激活的淋巴细胞中表达上调,又名淋巴细胞激活蛋白6A (lymphocyte activation protein-6A, Ly-6A),属于Ly6基因家族成员。此类GPI-AP常常位于富含鞘磷脂与胆固醇的细胞膜脂筏结构中,后者含有多种跨膜蛋白质受体,并能够招募多种细胞内激酶,包括Src家族激酶、丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)、磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/Akt等。已有的研究提示Scal是Src家族激酶的负性调节分子,并可能对PI3K/Akt以及MAPK家族成员ERK有一定作用,但Scal介导的信号通路仍不明确。Scal的适量表达对维持机体多种生理功能非常重要,目前已证实Scal与淋巴细胞激活、肿瘤的发生发展以及肌肉组织重塑密切相关。另外,小鼠心肌梗死后,心肌组织中Scal蛋白的表达量上调；并且,Scal信号可能在移植后心脏干细胞的存活与增殖中发挥关键的调控作用,促进心梗后的心脏修复并改善心功能。但是,Scal在心肌肥厚中的作用以及通过何种信号通路介导,目前尚不清楚。本课题通过主动脉缩窄术建立心肌肥厚模型,运用Scal基因敲除与心脏特异性转基因小鼠研究Scal对心肌肥厚的作用,并进一步探讨其相关机制。方法实验一：选取8-10周龄,体重23.5-27.5g的野生型雄性C57BL/6小鼠为实验对象,通过主动脉缩窄术(Aortic Banding, AB)建立压力负荷诱导的小鼠心肌肥厚模型。将小鼠随机分为7组,分别为假手术组(sham)、主动脉缩窄术后1天组、3天组、1周组、2周组、4周组与8周组(每组n=15)。实验二：选取8-10周龄、体重23.5-27.5g、雄性的野生型Scal基因敲除小鼠(sham, n=15; AB, n=30)、Scal心脏特异性转基因小鼠(sham, n=15; AB, n=20),以及各自的野生型C57BL/6对照小鼠(sham, n=15; AB, n=20),通过主动脉缩窄术建立心肌肥厚模型,分为AB组与sham组。4周后通过心脏超声、血流动力学进行心功能检测；比较各组小鼠的心重体重比、肺重体重比、心重胫骨长比；通过大体拍照、HE染色、WGA染色以及PSR染色进行形态学检测；以实时定量RT-PCR进行心肌肥厚与纤维化的分子标志物检测。实验三：选取8-10周龄、体重23.5-27.5g、雄性的野生型Scal基因敲除小鼠(sham, n=15; AB, n=30)、Scal心脏特异性转基因小鼠(sham, n=15; AB,n=20),以及各自的野生型C57BL/6对照小鼠(sham, n=15; AB, n=20),通过主动脉缩窄术建立心肌肥厚模型,分为AB组与sham组。4周后通过Western blot检测各组小鼠心肌组织中Src、MAPKs. Akt等心肌肥厚相关的重要信号通路分子的磷酸化与总蛋白水平。结果Western blot结果显示,小鼠心肌组织的Scal蛋白表达在主动脉缩窄术后1天即出现明显上调,观察至8周一直维持在较高的表达水平(P<0.05vs sham)。免疫组化与免疫荧光结果显示,Scal在sham组小鼠心肌组织中主要表达于间质细胞,但AB术后可在心肌细胞膜上检测到Scal的表达。AB术后4周,Scal基因敲除小鼠的HW/BW、LW/BW、HW/TL.心肌细胞横截面积以及左室胶原容积分数明显高于野生型小鼠(P<0.05)；心脏超声与血流动力学结果显示,Scal基因敲除小鼠左室室壁厚度、室腔大小高于野生型小鼠,而左室收缩与舒张功能降低更为明显(P<0.05)；RT-PCR结果显示,Scal基因敲除小鼠心肌组织中ANP、BNP与β-MHC等心肌肥厚标志物以及TGF-p、CTGF、collagen Iα以及collagen Ⅲα等纤维化标志物的mRNA水平均高于野生型小鼠(P<0.05),而反映收缩功能的α-MHC与SERCA2a表达水平则较低(P<0.05)。Scal’心脏特异性转基因小鼠在AB术后4周时,其心肌肥厚以及心脏纤维化的程度较野生型明显减轻(P<0.05)。AB手术4周后通过western blot方法,对各组小鼠心肌组织Src、MAPKs、Akt等心肌肥厚相关的重要信号通路分子的磷酸化与总蛋白水平进行检测,发现Scal基因敲除能够进一步增强压力负荷所诱导的Src、MAPKs以及Akt激活(P<0.05),而Scal心脏特异性转基因则能够抑制压力负荷所激活的Src、 MAPKs以及Akt(P<0.05)结论1.通过主动脉缩窄术建立的小鼠心肌肥厚模型中,Seal的蛋白表达水平显著上调,并且可表达于心肌细胞。2.Scal基因敲除加重压力负荷诱导的心肌肥厚与纤维化；而心脏特异性过表达Scal能够减轻压力负荷诱导的心肌肥厚与纤维化。3.Scal减轻压力负荷诱导的小鼠心肌肥厚与纤维化是通过抑制Src、MAPKs、以及Akt等信号通路的激活。