背景:多种心脏疾病可以引起心力衰竭,心力衰竭是世界范围内引起死亡的主要原因之一。外界刺激可以使心脏发生生理性肥大反应或病理性肥大反应(又称为生理性重塑或病理性重塑)。生理性肥大是可逆的,有助于维持正常的心脏功能。生理性肥大主要表现为心肌细胞的适应性生长,伴随着心肌肌浆网Ca2+-ATP酶(SERCA2a)等有益蛋白表达上调以及血管生成增加,且不会出现ANP、ACTC以及Myh7等胎儿基因的激活和心肌纤维化。然而,病理性肥大是不可逆的,可以使心脏功能恶化并最终引起心力衰竭。病理性肥大主要表现为心肌细胞的非适应性生长、凋亡增加并伴随有胎儿基因激活和心肌纤维化。在许多心脏疾病的早期,心肌生理性肥大及病理性肥大同时存在。因此,研究影响心脏有益和有害两种肥大的影响因素和机制对于治疗多种心脏疾病,预防心力衰竭具有重要意义。BAG3是一种在心脏、骨骼肌和一些肿瘤中高表达的蛋白质,可以调控包括发育、凋亡、自噬以及肿瘤发生发展等多个生物学过程。越来越多的研究表明BAG3在心脏中也具有重要作用,它可以促进心肌中异常折叠蛋白质及受损细胞器的降解、抑制心肌细胞凋亡、维持心肌Z-盘的结构完整性、调节心肌收缩力以及促进细丝蛋白的转录等。此外在心力衰竭晚期的患者中,BAG3在心肌中的量下降而在血液中的量升高。MALAT1是一种在多种肿瘤和心脏中高表达的lncRNA,通过多种机制对肿瘤的发生发展起到调控作用。近年来,越来越多的研究发现包括MALAT1在内的多种lncRNA也对心脏的许多生物学过程具有重要的影响。MALAT1可以促进缺血状态下的骨骼肌血管再生,也可以通过多种途径激活包括血清反应因子(SRF)、ERK/MAPK通路等在内的多种对心肌病理生理变化具有重要影响的通路。然而,BAG3和MALAT1在心脏的生理性肥大和病理性肥大中是如何被调控的以及发挥什么样的功能目前尚不清除。目的:研究BAG3及MALAT1在心脏生理性肥大和病理性肥大中的调控、功能以及背后的机制。材料与方法:1、第一部分:我们构建了他莫昔芬诱导的心脏特异性BAG3纯合与杂合敲除鼠。我们利用这些小鼠分别通过连续游泳训练三周以及苯肾上腺素皮下缓慢渗透给药两周的方法构建小鼠心脏生理性肥大及病理性肥大模型。通过使用胰岛素样生长因子-1(IGF1)以及苯肾上腺素(PE)给药处理原代大鼠心肌细胞(NRVC),分别构建了心肌细胞的生理性肥大与病理性肥大模型,用来在体外进行功能和机制研究。分别使用含有3*flag标记的BAG3腺病毒以及含有BAG3特异性shRNA的腺病毒在原代心肌细胞中过表达或敲减BAG3蛋白。使用小鼠心脏超声检测小鼠心脏功能及形态学变化。使用免疫组化H&E染色检测心肌横切面积的变化。使用Masson染色检测心肌纤维化改变。使用Western blot检测两种肥大相关指标及通路的变化。使用免疫荧光检测细胞面积的变化。2、第二部分:通过使用IGF1以及PE给药处理成年人类心肌细胞系(AC16),分别构建生理性与病理性肥大模型,在体外对MALAT1的功能及机制进行研究。通过Lipofectamine 3000试剂向细胞内转染MALAT1特异性小干扰RNA、miR-26a类似物以及miR-26a抑制物。使用实时定量PCR检测各种RNA的表达水平。使用Western blot检测两种肥大相关指标的变化。使用荧光素酶报告基因技术验证RNA之间的结合。Western blot、免疫荧光、免疫组化图片均由Photoshop 2020处理。Western blot灰度值由image J(Ver 1.8.0)软件测量。免疫荧光及免疫组化细胞面积由image pro plus软件测量。实时定量PCR使用2-ΔΔCt公式计算相对表达量。条形图由Graphpad Prism(Ver 7.0.4)软件制作。所有统计学分析由SPSS(IBM)软件完成,结果展示为:平均值±标准误。统计学方法为单因素方差分析(one-way ANOVA)(使用Bonferroni和S-N-K方法进行事后检验)以及独立样本T检验分析。P<0.05被认为具有统计学意义。结果:1、第一部分:BAG3的表达在体外IGF1诱导的心肌细胞生理性肥大中以及体内游泳训练诱导的小鼠心肌生理性肥大中均上调。同样,BAG3的表达在体外PE诱导的心肌细胞病理性肥大中以及体内PE长期刺激诱导的小鼠心肌病理性肥大中均上调。在NRVC和小鼠中敲减BAG3抑制了心肌生理性肥大。在NRVC中过表达BAG3促进了IGF1诱导的生理性肥大。与之相反,在NRVC和小鼠中敲减BAG3加重了心肌病理性肥大。在NRVC中过表达BAG3抑制了PE诱导的病理性肥大。过表达BAG3促进了IGF1诱导的NRVC中的Akt-mTOR通路的激活,敲减BAG3抑制了该通路的激活。BAG3对心肌细胞生理性肥大的促进作用可以被PI3K或mTOR抑制剂(PF-04691502和Rapamycin)逆转。敲减BAG3促进了PE诱导的NFATc2蛋白的核积累,过表达BAG3抑制了其核积累。敲减BAG3对心肌细胞病理性肥大的促进作用可以被calcineurin抑制剂(Cyclosporin A)逆转。2、第二部分:MALAT1的表达在IGF1诱导的心肌细胞生理性肥大和PE诱导的心肌细胞病理性肥大模型中上调。敲减MALAT1抑制了PE诱导的病理性肥大反应而对IGF1诱导的生理性肥大无影响。MALAT1可以与miR-26a特异性结合并且两者间存在负调控关系。敲减MALAT1抑制了GATA4蛋白的表达,这种抑制可以被miR-26a抑制物逆转。同样,敲减MALAT1对病理性肥大的抑制可以被miR-26a抑制物逆转。结论:BAG3和MALAT1在心肌生理性肥大和心肌病理性肥大中上调。BAG3通过促进Akt-m TOR通路促进心肌生理性肥大。BAG3通过抑制calcineurin–NFATc2通路抑制心肌病理性肥大。MALAT1通过结合并抑制miR-26a对心肌病理性肥大起到促进作用。