免疫蛋白酶体亚基β5i促进心肌重构的分子机制

The immunoproteasome represents the main mechanism of degradation of intracellular cytosolic and nuclear proteins, and the incorporation of β5i subunit is the critical step to promote its activation. Our previous study found that activation of the cardiac immunoproteasome promotes angiotension II-induced remodeling, and the protein expression and activity of β5i subunit was markedly up-regulated. Furthermore, our pre-experiment’s results also showed β5i specific Inhibitor (PR-957) treatment significantly prevented Ang II-induced cardiac hypertrophy and fibrosis, and inhibited the phosphorylation of AKT and ERK. However, the pathophysiological mechanism of β5i subunit activation and its promoting cardiac hypertrophy remain to be elucidated. This topic will study the molecular mechanism of β5i activation, the effect of β5i activation on cardiac remodeling (including cardiomyocyte hypertrophy, apoptosis, inflammation and fibrosis) and cardiac function and negative regulation protein in β5i gene knockout, cardiac-specific transgenic mice and in neonatal rat cardiomyocytes by Ang II infusion and thoracic aortic contraction (TAC) induced cardiac remodeling, and further investigate the molecular mechanism by which β5i mediating the above effects. Finally, we will clarify β5i activation induce cardiac remodeling and its molecular mechanism, and will provide new experimental evidence for looking for target to prevent cardiac remodeling.

免疫蛋白酶体是降解蛋白质的主要途径之一，β5i亚基是其激活和发挥功能的关键亚基。我们既往研究发现血管紧张素II（Ang II）可激活免疫蛋白酶体进而导致心肌重构，其中β5i催化亚基的表达和活性增高最显著。我们前期实验又发现应用β5i特异性抑制剂（PR-957）处理后可明显抑制Ang II诱导的心肌细胞肥大和纤维化，并抑制AKT和ERK信号通路，提示β5i在心肌重构中具有非常重要的作用。但其被激活及其促进心肌重构的病理生理机制并不清楚。本课题将在β5i亚基基因敲除、心肌特异性转基因小鼠及培养的细胞上，采用Ang II灌注和胸主动脉缩窄术诱导的心肌重构模型中，研究β5i亚基高表达的分子机制及其对心肌重构（包括肌细胞肥大、凋亡、炎症反应及纤维化）、心脏功能及负性调节蛋白表达水平的影响，并在心肌组织和细胞中阐明β5i亚基作用的病理生理机制，为寻找防治心肌重构的靶点提供新的实验依据。

心肌重构是在各种损伤因素作用下，引起心肌结构、功能和表型的变化。多种信号转导途径参与心肌重构的发生如PI3K/AKT/mTOR/GSK-3，而其激活受负性调节蛋白PTEN的调控。研究发现心肌重构时PTEN降解增加，但其降解增加的机制并不清楚。泛素-蛋白酶体系统（UPS），是真核细胞中蛋白质降解的重要途径之一，负责降解细胞内80%～90%泛素化的蛋白质。UPS系统主要由泛素 (Ub)、泛素活化酶 (E1)、泛素结合酶 (E2)、泛素连接酶(E3)、去泛素化酶（DUB）及26S蛋白酶体等组成。蛋白酶体包括组成型和免疫型两种，在γ-干扰素（IFNγ）诱导下，组成型蛋白酶体的3个催化亚基（β1、β2和β5）被诱导型的3个亚基包括β1i（(LMP2)、β2i (MECL-1)和β5i (LMP7）所替代形成免疫型蛋白酶体。本课题将在β5i亚基基因敲除、过表达β5i亚基小鼠及培养的细胞上，采用Ang II灌注、胸主动脉缩窄术及DOCA-盐诱导的心肌重构模型中，研究β5i亚基对心肌重构（包括肌细胞肥大、凋亡、炎症反应及纤维化）、心脏功能及负性调节蛋白表达水平的影响，并在离体培养的心肌细胞中敲低或过表达β5i，进一步探讨β5i的作用。结果发现在Ang II刺激的心肌细胞、TAC处理及DOCA-盐处理的心肌组织中，β5i表达及活性明显增高；敲低大鼠乳鼠心肌细胞上的β5i，抑制Ang II诱导的心肌细胞大小及肥大相关标记物mRNA的表达，而其过表达加重了以上改变；敲除β5i拮抗TAC和DOCA盐处理引起的心肌肥大和纤维化。机制上敲除β5i增加了负性调节蛋白PTEN的表达，给予β5i敲除小鼠PTEN的抑制剂心肌肥大和纤维化加重。本研究明确了β5i在调节心肌重塑中的新作用，抑制β5i活性可能为心肌肥厚提供一种新的治疗途径。