研究背景与研究目的:心肌肥大是由多种心血管疾病如高血压、心瓣膜病及心肌炎等引起的一种心脏功能的代偿性改变,其主要特征为心肌细胞体积增大、细胞外基质增多而诱导的心肌纤维化。临床上长期持续性的心肌肥厚是引起心脏衰竭甚至猝死的一个重要原因,然而目前尚无十分有效的防治方法。现有文献资料表明,多条信号通路参与心肌肥大的调节,然而调节这些通路的分子机制尚未完全阐明。因此,寻找新的介导心肌肥厚的特异性分子及其相关信号通路,对于进一步阐明心肌肥大的发生机制,发现心肌肥大防治的新靶点具有非常重要的理论和临床意义。在我们的早期研究中,我们发现CD38基因缺失的小鼠胚胎成纤维细胞对H2O2和缺氧复氧诱导的氧化应激损伤具有显著的保护作用,并证明这种保护作用可能与CD38基因缺失导致SIRT1-FOXO1信号通路激活,进而减轻缺氧复氧诱导的心肌损伤有关。然而,CD38对心肌肥大中的影响尚无报道。本文旨在探索CD38基因在血管紧张素II(angiotensin II,AngII)诱导小鼠心肌肥大发生发展过程中的作用及其机制,从而为心肌肥大的预防与治疗提供新的作用靶点与研究思路。实验方法:1.AngII诱导小鼠心肌肥大模型的制备及其分析:选用10-12周龄的CD38基因缺失小鼠与C57BL/6野生型小鼠进行基因型鉴定,并采用ALZET 2002微渗透泵,以1500ng/kg/day的量,皮下注射AngII 14天制备小鼠心肌肥大模型;Softron BP-98A系统带尾套管法检测小鼠血压;测量小鼠心脏重量和体重,分析小鼠心脏体重比差异;取模型鼠心脏固定,石蜡包埋,3μm切片后,FITC标记的Wheat germ agglutinin染色法检测心肌细胞的肥大程度;采用天狼星红、Masson染色法检测组织细胞的纤维化;Vevo770高分辨率心脏超声仪检测小鼠心脏的肥厚程度与心脏收缩功能;检测小鼠心肌肥大的相关生化指标。2.离体心肌细胞肥大模型的制备及其分析:1)利用RNAi技术构建CD38敲减H9c2稳定细胞系,采用Western blot检测稳定细胞系中CD38的干扰效率;2)体外心肌细胞肥大模型的构建:采用不同浓度的AngII处理H9c2细胞,实时定量PCR方法检测心肌肥大标记分子BNP的mRNA转录水平差异以确认心肌细胞肥大模型的建立;3)心肌肥大生物标记物的检测:2μmol AngII处理CD38干扰H9c2细胞及其对照组细胞48小时后,瞬时定量PCR法检测肥大标记分子ANP和BNP的mRNA转录水平差异;4)细胞大小的染色法测定:2μmol Ang II处理CD38干扰H9c2细胞及其对照组细胞48小时后,90%乙醇固定20分钟,结晶紫染色;5)细胞氧自由基检测:2μmol Ang II处理H9c2细胞20分钟后,活性氧染料H2DCF-DA孵育15分钟,流式细胞仪检测其荧光强度。3.心肌肥大信号通路的机制分析:1)Western blot分析AngII处理细胞后,对照组及CD38基因干扰组H9c2中SIRT3表达量;2)Q-PCR分析CD38基因干扰对FOXO3及其下游基因Bcl2、ARC和SOD2转录的影响;3)Western blot检测AngII处理细胞后,对照组及CD38基因干扰组H9c2中AKT、ERK及GSK3β蛋白磷酸化。4)2μmol AngII处理CD38干扰H9c2细胞及其对照组细胞20分钟以Flu-3am染色,荧光倒置显微镜检测细胞内Ca2+浓度变化;5)分离CD38干扰H9c2细胞及其对照组细胞胞核胞浆蛋白,采用Western blot法检测NFATc4核浆蛋白表达。实验结果:1.整体动物水平证明CD38基因缺失对血管紧张素II诱导的小鼠心肌肥大具有显著的保护作用:1)微渗透皮下注射AngII 14天可使小鼠血压出现明显升高,且野生型小鼠组与CD38基因缺失小鼠组并无显著差异。2)AngII诱导心肌肥大模型14天后,心脏超声检测显示AngII可致小鼠心脏收缩期及舒张期的心室后壁厚度明显增加,而CD38基因缺失小鼠较野生型小鼠其心肌肥厚程度有所减轻。同时,野生型小鼠的左心室重量与体重比显著增加,而CD38基因缺失小鼠的增加并不明显;3)Wheat germ agglutinin染色显示,模型小鼠的心肌细胞大小均有一定程度增加,且野生型小鼠较CD38基因型缺失小鼠其增加更为显著。4)天狼星红和Masson染色显示小鼠在AngII处理后均出现一定程度的心肌纤维化,而野生型小鼠的心肌纤维化程度较CD38基因缺失小鼠明显加重。2.离体水平研究表明CD38基因干扰明显耐受Ang II诱导的H9c2心肌肥大:1)采用RNAi方法成功制备了CD38基因敲减的H9c2稳定细胞系,经Western blot验证,其CD38基因蛋白表达量可降低60%以上;2)不同浓度AngII均可诱导心肌细胞肥大标记分子BNP的转录显著增加,并呈现出一定的浓度依赖性;3)2μmol AngII处理细胞48小时后,对照组心肌细胞ANP和BNP的表达显著上升,而CD38干扰组心肌细胞表达量明显减轻;4)结晶紫染色显示AngII可显著增加对照组H9c2细胞的大小,而CD38干扰可明显减轻AngII诱导的肥大;5)CD38基因干扰可显著减轻AngII诱导的H9c2细胞内氧自由基升高。3.干扰CD38基因可能通过激活SIRT3-FOXO3信号通路,进而抑制AngII诱导的心肌肥大:结果显示,1)干扰CD38基因可明显促进心肌细胞SIRT3蛋白表达;2)干扰CD38基因可明显促进FOXO3及其下游Bcl2、ARC和SOD2基因的转录;3)干扰CD38基因可显著抑制AngII诱导的AKT、ERK及GSK3β蛋白磷酸化。4.干扰CD38基因可抑制AngII诱导的H9c2心肌细胞内钙释放和calcineunin-NFATc4信号通路的激活:干扰CD38基因可显著减轻AngII诱导的胞内钙释放;2)NFATc4在H9c2细胞中主要表达于细胞核,并且在CD38干扰细胞组中其核表达少于对照组。结论:1.CD38基因缺失可明显减轻AngII诱导的整体小鼠心肌肥大及心肌纤维化。2.干扰CD38基因可明显抑制AngII诱导的离体心肌细胞肥大及氧化应激。3.干扰CD38基因可激活心肌细胞的SIRT3-FOXO3信号通路,进而抑制AngII诱导的心肌肥大。4.干扰CD38基因可抑制Ca2+-calcineunin-NFATc4通路,进而抑制AngII诱导的心肌肥大。