泛素羧基末端水解酶L1调节小鼠心肌纤维化中的分子机制

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研究背景和目的:心肌纤维化(Myocardial fibrosis,MF)是多种心脏疾病,如冠心病、高血压性心脏病、心肌病等最终期共同的病理表现,它是心肌组织的间质中成纤维细胞过量增殖和心肌细胞外基质沉积与降解失衡的病理过程。心肌纤维化会引发心脏的收缩和舒张功能下降,代偿期会使心室壁和室间隔的厚度增加,心肌顺应性下降,失代偿期导致心力衰竭的发展加剧。但是,目前研究表明心肌纤维化的原因复杂,心肌纤维化发生、发展的机制不清楚。心肌纤维化是一个亟需解决、更需要深入研究的临床问题。泛素-蛋白酶体系统(Ubiquitin-proteasome system,UPS)是调节心肌蛋白质降解的重要机制。该系统主要包括泛素激活酶(E1)、泛素转运酶(E2)、泛素连接酶(E3)、26S蛋白酶体和去泛素化酶(Deubiquitinating enzymes,DUBs)。泛素化过程由E1,E2和E3的顺序作用催化,去泛素化酶介导泛素的去除和加工。去泛素化酶是泛素化酶的逆向调节酶,可抑制蛋白质的泛素化,进而阻止底物蛋白被蛋白酶体系统降解,去泛素化酶似乎是多种细胞进程如增殖,凋亡,分化和炎症的关键调节剂。其中泛素羧基末端水解酶L1(Ubiquitin carboxy-terminal hydrolase-L1,UCH-L1)在去泛素化酶家族担任重要角色。但是泛素羧基末端水解酶L1在心脏中的潜在作用仍不清楚。血小板衍生生长因子(platelet-derived growth factors,PDGFs)属于刺激细胞生长、分化、迁移的生长因子家族。前期研究表明血小板衍生生长因子PDGFs激活并结合心肌成纤维细胞膜上的血小板衍生生长因子受体,使受体磷酸化从而进一步激活细胞内信号通路,导致心肌成纤维细胞向心肌肌成纤维细胞转化和增殖,主要合成Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白,促进心肌纤维化。通过Ang II诱导建立小鼠心肌纤维化模型,应用UCHL1特异性抑制剂LDN57444处理小鼠,检测小鼠血压及心脏功能和结构变化,天狼猩红染色检测小鼠心肌纤维化程度。通过体外培养小鼠心肌成纤维细胞,以PDGF-DD诱导小鼠心肌纤维化,通过qRT-PCR和WB检测细胞内PDGF受体、PI3K/AKT/NF-κB信号通路以及RB的mRNA和蛋白的表达,利用UCH-L1特异性抑制剂观察各项目的基因和蛋白的变化以及心肌纤维化指标的变化,来探讨UCH-L1调控心肌纤维化的可能分子机制。方法:雄性小鼠(每组6只)用缓释泵持续灌注血管紧张素II(Ang II)1000 ng/(kg·min)14天,建立小鼠心肌纤维化模型,同时给小鼠腹腔内注射UCHL1特异性抑制剂LDN57444 40μg/(kg·day)。用无创尾压法每天测定小鼠血压。用M型超声心动仪检测小鼠前后心脏功能变化。14天后处死小鼠取出心脏组织,用天狼星红染色方法检测小鼠心肌间质纤维化程度。小鼠心肌成纤维细胞原代培养,将体外培养的成纤维细胞随机分为3组:对照组(细胞+培养基)、P组(细胞+培养基+20ng.ml-1PDGF-DD)、PL组(细胞+培养基+20ng.ml-1PDGF-DD+40u M LDN57444)。荧光定量PCR检测PI3K、AKT、IκB、UCH-L1、Ⅰ型胶原蛋白的mRNA表达水平,蛋白印迹法检测各组PDGFRβ、p-PDGFRβ、pPI3K、PI3K、pAKT、AKT、UCH-L1、pRB、RB、Ⅰ型胶原蛋白的蛋白表达水平。结果:(1)动物实验中与对照组相比,Ang II灌注2周后小鼠收缩和平均动脉血压明显升高,心脏机构功能发生改变心脏顺应性降低,应用UCHL1特异抑制剂LDN57444处理后小鼠收缩压没有明显降低,但是可明显抑制Ang II诱导的小鼠心功能降低,天狼猩红染色显示LDN57444处理后小鼠心肌纤维化程度降低(P<0.05)。(2)qRT-PCR法显示P、PL组中UCH-L1的mRNA表达水平均高于对照组差异有统计学意义(P<0.05),PL组中Ⅰ型胶原蛋白的mRNA表达水平低于P组(P<0.05)。(3)WB法显示P组中PDGFRβ/p-PDGFRβ、pPI3K/PI3K、UCH-L1、pRB/RB、ColⅠ的蛋白表达水平均高于对照组差异有统计学意义(P<0.05),PL组中PDGFRβ/p-PDGFRβ、pPI3K/PI3K、ColⅠ、pRB/RB的蛋白表达量低于P组(P<0.05)。(4)染色质免疫共沉淀检测显示NF-κB蛋白调控下游UCH-L1基因转录。结论:(1)动物实验中UCHL1抑制剂LDN57444处理后改善Ang II诱导的小鼠心功能下降和心肌纤维化程度。(2)PDGF-DD可以诱导心肌成纤维细胞增殖从而促进间质胶原蛋白合成,促进心肌纤维化。(3)在体外细胞培养技术基础上PDGF-DD可能通过PDGFRβ/PI3K/AKT信号通路影响心肌纤维化。(4)PDGF-DD可刺激UCH-L1的mRNA和蛋白质表达。(5)UCH-L1参与调控小鼠的心脏成纤维细胞增殖,机制可能是通过PI3K、AKT和NF-κB信号轴通路调节UCH-L1表达,UCH-L1调控下游RB蛋白的表达,通过调控细胞周期,达到调控心肌成纤维细胞增殖作用。
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