Notch1信号通路介导褪黑素抗缺血再灌注损伤心肌保护作用机制研究

Recent studies have found that melatonin secreted by the pineal gland can significantly reduces myocardial ischemia-reperfusion injury (I/RI). Unlike most exogenous drugs, melatonin has no toxic and side effects. These advantages make melatonin a key research point of myocardial protection. However, the specific target and mechanisms are unclear which become a severe limitation for its further clinical application. We first demonstrated that activation of the Notch1 signalling can effectively alleviate myocardial I/RI, the protective effect of melatonin is accompanied with up-regulation of Notch1 intracellular domain and phosphorylated STAT3. Therefore, we propose that Notch1 signaling pathway may act as a new pharmacological target to mediate the protection of melatonin against myocardial I/RI. Notch1 and JAK2/STAT3 pathways cross-talk in a variety of physiological and pathological processes in different tissues and organs, which indicates that Notch1 and JAK2/STAT3 may affect each other to mediate the protective effect of melatonin treatment. Notch1 gene knochout mouse, STAT3 gene knockout mouse, rat hearts in vivo, isolated rat hearts, cardiomyocytes and other exprimental methods (molecular and genetic) will be used in this project to explore whether Notch1 signaling pathway mediates the protective effect of melatonin. This project will clarify that Notch1 signaling pathway is involved in myocardial protection of melatonin, and lay the theoretical foundation for the research and development of melatonin-based endogenous myocardial protective methods.

近年发现松果体分泌的褪黑素可显著抗心肌缺血再灌注损伤（I/RI），且无外源性药物毒副作用，成为心肌保护研究领域热点。但褪黑素具体作用靶点和机制不清，严重限制其进一步临床应用。我们首先研究发现激活Notch1通路有明确的抗心肌I/RI作用，褪黑素抗心肌I/RI还伴有Notch1受体胞内段和磷酸化STAT3表达升高。因此我们提出：Notch1信号通路可能作为褪黑素药理作用新机制介导其抗心肌I/RI作用。另外文献报道Notch1和JAK2/STAT3可相互作用调控多种组织器官的病理生理过程,故Notch1-STAT3信号通路可能发生协同作用。本项目将采用Notch1/STAT3基因敲除小鼠、在体/离体心脏、心肌细胞模型为研究对象，从分子和基因水平阐明Notch1通路介导褪黑素抗心肌I/RI信号机制。本研究将为寻找以内源性物质褪黑素为基础，以Notch1信号通路为新靶点的心肌保护方法提供理论依据。

研究背景：.心肌缺血/再灌注（myocardial ischemia/reperfusion，MI/R）损伤可引发心律失常、心肌顿抑、微血管功能障碍甚至不可逆性心肌损伤，是缺血性心脏病预后不良的重要原因。近年来，外源性药物治疗已成为减轻MI/R损伤的关键策略，然而由于药物作用机制、来源及副作用等诸多问题，至今尚未有理想的药物干预手段。寻找人体内源性心肌保护分子抗MI/R损伤已成为当前研究热点。.褪黑素（Melatonin，Mel）是一种由松果体合成的内源性激素，具有镇静、催眠、调节血压、抗肿瘤等多种药理学作用。更重要的是，研究发现褪黑素可调节心血管系统并有效减轻MI/R损伤，保护心功能。然而褪黑素抗MI/R损伤的机制尚未完全阐明，严重限制其临床应用。.本课题组前期研究发现在缺血心肌组织中，激动Notch1信号同样发挥抗氧化损伤的关键作用，但是褪黑素的心肌保护作用是否与之相关也未见报道。.研究目的：.为了进一步明确褪黑素的心肌保护作用及机制，本研究旨在通过在体及离体实验探讨：.Notch1信号通路介导褪黑素抗MI/R损伤的作用及机制。.研究结果：.褪黑激素还可通过褪黑素膜受体介导的途径激活Notch1信号通路进而调控PTEN/Akt抑制心肌凋亡，减轻心肌缺血/再灌注损伤。在体研究发现，DAPT（Notch1信号阻断剂）与Luzindole可明显抑制褪黑素改善心功能、减轻氧化应激损伤及抗凋亡的心肌保护作用。分析心肌Notch信号及PTEN/Akt信号发现，褪黑素可明显上调心肌Notch1、NICD、Hes1的表达，同时下调PTEN表达从而激动Akt通路，而这些作用均可被Luz及DAPT所抑制。.使用H9c2细胞系进行了体外实验发现，Notch1 siRNA可明显抑制褪黑素的抗凋亡及抗氧化应激的作用，分析Notch1及其下游分子发现，干扰Notch1信号后NICD、Hes1的表达均下降，而PTEN的表达明显上升，抑制Akt磷酸化激活，提示Notch1信号通过调控Hes1表达，从而影响PTEN/Akt通路，与体内实验互相印证。.科学意义：.本研究揭示了褪黑素心血管保护作用的新机制，提示褪黑素治疗可能是抗糖尿病心肌缺血损伤的新策略。同时，褪黑素膜受体及Notch1信号可能是心肌保护药物研发的靶点。