miR-199在心肌肥厚中的功能研究

发布时间：2019-10-16 18:49

【摘要】：心血管疾病是威胁人类健康的头号杀手,心肌肥厚是多种心血管疾病共有的病理特征之一。它是指心脏对于各种机械应力或者神经激素刺激的一种代偿性反应,表现为心脏尺寸的增大和室壁的增厚。心肌肥厚的程度对于进行性心脏疾病具有重要的预测作用并且与预后负相关,病理性心肌肥厚最终发展为心力衰竭是导致心肌肥厚患者死亡的主要原因。尽管已经发现了许多重要的参与调控心肌肥厚发生发展的信号通路,但是其发生的分子机制还有待更加深入的研究。因此,研究发现新的心肌肥厚调控基因,为心肌肥厚的治疗寻找新的靶标,对于预防和治疗心脏疾病具有重要的意义。病理性心肌肥厚的发生和发展往往伴随着心脏稳态的失衡,而近年来的研究表明自噬在心脏稳态维持中发挥了极为重要的功能。自噬是指细胞自身的蛋白或者细胞器被双层膜结构包被形成自噬体,进而与溶酶体融合形成自噬溶酶体,最终溶解这些内容物的过程。通过自噬可以实现细胞自身能量代谢及细胞器更新的需求,因此它是一种维持细胞稳态的重要生理过程。心肌细胞自噬的异常与心肌肥厚的发生和发展密切相关,但是由于自噬功能的复杂性,利用遗传修饰小鼠模型研究发现不同的自噬功能基因在心肌肥厚中的功能是不同的,关于自噬究竟是促进心肌肥厚还是抑制心肌肥厚这一问题还存在较大的争议。microRNA(miRNA)是一类长度大约为22个核苷酸的单链非编码RNA,广泛地参与了各种重要的细胞生物学过程。它们可以与靶基因mRNA 3’非翻译区以碱基互补配对的方式识别并结合,通过抑制蛋白的翻译或促进mRNA的降解两种方式,对靶基因的表达进行转录后的调节。近年来国内外学者发现了一系列在心肌肥厚中发挥重要功能的mi RNA,它们通过调节在心肌肥厚中重要的信号通路从而在心肌肥厚中起到有益或有害的作用。通过对这些mi RNA的研究也发现了新的可能的心肌肥厚及心衰的临床诊断指标及治疗靶标。miR-199a是一个重要的心肌细胞尺寸调控基因。之前的研究发现,miR-199a在心衰病人标本及病理性心肌肥厚小鼠模型中的表达均有显著性的上调。体外研究结果显示miR-199a在调节心肌细胞尺寸及凋亡中发挥了重要的功能,但是关于miR-199a在小鼠体内心脏稳态维持中是否发挥功能以及相关的作用机制均未见报道。本研究旨在研究miR-199a的体内功能,并探索其引发病理性心肌肥厚的分子机制。我们首先在主动脉结扎引起的小鼠心肌肥厚模型及心衰病人标本中验证了miR-199a的表达,发现其表达均有显著性的上调。为了研究miR-199a在体内的功能,我们建立了心肌细胞特异性mir-199a过表达转基因小鼠,发现转基因小鼠发生了病理性心肌肥厚及心衰。分子机制研究显示,mir-199a在体内外过表达均可以激活自噬抑制因子mtor,抑制心肌细胞自噬,并且这些生物学效应是部分通过mir-199a的靶基因gsk3β所介导的。进一步在体内外分别通过雷帕霉素处理或者过表达atg5激活自噬过程,发现可以挽救由mir-199a过表达所引起的心肌肥厚表型,这些结果证实mir-199a可以通过抑制心肌细胞自噬引起病理性心肌肥厚。以上结果显示,心肌细胞特异性mir-199a过表达转基因小鼠能够自发的发生病理性心肌肥厚,而以往有文献报道心肌细胞特异性mir-199b转基因小鼠在压力负荷下也更容易发生心肌肥厚,提示mir-199家族是一个重要的心肌肥厚调控家族。然而这些研究都是基于体内过表达转基因小鼠的实验证据,心肌细胞内源的mir-199家族在心脏中发挥了怎样的功能鲜见报道。为了进一步研究内源性mir-199在心脏稳态维持中的功能,我们建立了一种基于“mirnasponge”策略抑制内源性mir-199功能的基因工程小鼠(mir-199-sp)。通过检测发现mir-199a和mir-199b在mir-199-sp小鼠心脏组织中表达下调,而mir-199家族靶基因gsk3β、hif1α和dyrk1a表达显著上调,这些结果证明mir-199-sp小鼠心脏中mir-199家族的功能被有效抑制。对mir-199-sp转基因小鼠进行表型分析发现,三月龄转基因小鼠开始出现心脏质量增加,心肌细胞尺寸增大,但心肌肥厚的程度并不随着年龄增长更加显著。心脏超声结果显示转基因小鼠心脏功能较对照小鼠无明显异常。mir-199-sp小鼠心脏肥大标志基因anf表达显著下调,bnp表达无明显变化。masson染色结果显示mir-199-sp转基因小鼠未发生纤维化等病理性重塑。分子机制研究显示pgc1α是mir-199的靶基因,在mir-199-sp转基因小鼠中表达升高,其调控的代谢基因上调可能是小鼠发生生理性心肌肥厚的机制之一。以上结果表明,mir-199-sp转基因小鼠发生了生理性心肌肥厚,提示内源性mir-199家族在心脏稳态维持中发挥了重要的功能。最后,为了探索mir-199家族是否能够成为心肌肥厚治疗的靶标,我们利用主动脉结扎术建立的病理性心肌肥厚小鼠模型进行了治疗实验。通过鼠尾静脉注射表达mir-199-sp序列的腺病毒后发现,抑制mir-199功能可以有效地缓解由于压力型负荷增加引起的心肌细胞尺寸的增加、肥大标志基因的上调和心脏功能的受损,这些结果表明抑制mir-199可以有效治疗压力型负荷引起心肌肥厚及心衰。综上所述,我们利用遗传修饰的小鼠模型首次在体内证实了mir-199家族在心肌肥厚及心脏稳态维持中的重要功能。发现mir-199a过表达靶向调节gsk3β抑制心肌细胞自噬并引起病理性心肌肥厚,而抑制内源性mir-199家族引发生理性心肌肥厚,同时证明miR-199家族有可能成为心肌肥厚治疗的新靶标。该研究为理解心肌肥厚的发生机制提供了新的认识,并为心肌肥厚的治疗提供了新的理论基础和实验动物模型。
【图文】：

心肌肥厚,生理性,病理性,心脏

图 1-1 生理性心肌肥厚与病理性心肌肥厚特征概览[5]正常心脏中，脂肪酸氧化是心脏能量代谢的主要来源，心脏消耗的来源于脂肪酸氧化，，其余的 ATP 主要来源于葡萄糖和乳糖代谢。血流中的物质供应及心脏的工作负担改变对底物的需求，这是心脏

心肌肥厚,靶基因,诊断指标,血浆

图 1-3 调节心肌肥厚的 miRNA 及其作用的靶基因1.2.2 miRNA 作为心肌肥厚的诊断指标尽管早在 1948 年研究者就在血浆中发现了有 RNA 的存在[67]，但是直到
【学位授予单位】：中国人民解放军军事医学科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R542.2

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