LncRNAs在糖代谢紊乱致心肌疾病中的分子机制与防治新靶点

Diabetic cardiomyopathy (DCM) is a chronic diabetic complication characterized by myocardial changes, which can cause heart failure and its harm is serious. Glucose metabolism disorder is an important cause of cardiomyocytes injury and dysfunction, but its exact molecular mechanism is still unclear. There is still a lack of new intervention targets and biomarkers clinically for glucose metabolism disorder. Long noncoding RNAs (lncRNAs) are the key regulators of cardiac diseases, and their role in diabetic cardiomyopathy remains to be elucidated. Our previous study found that: 1) there were 28 lncRNAs and 153 mRNA differentially expressed in the myocardium of diabetic mice. 2) bioinformatics analysis showed that 149 mRNA were node overlapping genes of Gene Ontology, and these 28 lncRNAs had a potential regulatory role in the signaling pathway of apoptosis, necrosis, oxidative stress and calcium cycling. Therefore, we hypothesized that lncRNAs may play an important role in the development of diabetic cardiomyopathy by regulating the key proteins of myocardial injury and signaling pathways. In this project, we will use the comprehensive techniques of functional and molecular biology to elucidate the role and mechanism of a host of lncRNAs in the regulation of diabetic cardiomyopathy, and find new targets for prevention and treatment. Meanwhile, we will clarify the value of plasma lncRNAs in the diagnosis and prognosis of diabetic cardiomyopathy and find new biomarkers.

糖代谢紊乱是心肌细胞损伤和功能障碍的重要原因，但其确切分子机制仍不清楚，临床上仍缺乏新的干预靶点和生物标志物。长链非编码RNA（lncRNAs）是一类重大心脏疾病的关键调控分子，其在糖尿病心肌病中的作用仍有待阐明。我们前期发现：1）糖尿病小鼠心肌组织中有28个差异表达lncRNA和153个差异表达mRNA；2）生物信息学分析表明其中149个mRNA为Gene Ontology节点交集基因，且这28个lncRNAs对细胞凋亡、坏死、氧化应激、钙循环的信号通路具有潜在调节作用。因此，我们假设：lncRNAs通过调控心肌细胞损伤关键蛋白与信号通路，参与糖尿病心肌病的发生发展。本项目将综合运用功能学、分子生物学等技术系统阐明一组lncRNAs调节糖尿病心肌病的作用与机制，发现新的防治靶点；同时，阐明血浆lncRNAs在糖尿病心肌病诊断和预后中的价值，发现新的生物标志物。

本项目按照研究目标按计划完成，并取得了预期的研究成果。我们发现非编码RNA- lncRNA DACH1、D830005ERIK、Kcnq1ot1、CircRNA CACR 在糖尿病心肌病中发挥关键作用，并已阐明其细胞分子机制，其中DACH1在DCM心脏和高葡萄糖处理的心肌细胞中表达增加。敲除lncDACH1可以减少线粒体氧化应激、细胞凋亡、心脏纤维化和肥大，并改善DCM小鼠的心脏功能。发现lncRNA Plscr4、ZFAS1、CAREL、MIRF、 MIAT、CIRBIL等调控心肌肥厚、心肌梗死等导致的糖脂代谢性紊乱性心脏疾病中的作用与机制，其中研究发现ZFAS1在细胞浆和肌浆网中的表达显著增加。ZFAS1是一种内源性SERCA2a抑制物，通过与SERCA2a蛋白结合，限制其细胞内水平，抑制其活性，参与了心肌梗死后心脏收缩功能的损害。此外，发现CIRBIL在缺血再灌注心脏组织中降低。敲除CIRBIL可加重小鼠心脏缺血再灌注损伤。CIRBIL对缺血再灌注损伤的保护作用是通过抑制Bclaf1的核转位来实现的。我们发现lncRNA-DACH1、CIRBIL、ZFAS1、CirRNA CACR在临床糖尿病心肌病等代谢紊乱的心血管疾病患者的血清中异常表达，因此我们提出lncRNA-DACH1、CIRBIL、ZFAS1、CirRNA CACR有望成为预测重大心脏疾病的血清标志物。在临床药物转化方面，我们以新靶点-lncRNA为基础研发新的抗糖尿病心肌病药物-康乐欣，明确康乐欣心脏保护、降脂及促进糖尿病伤口愈合作用，实现临床转化；此外，我们研发了芦荟大黄素衍生物，发现其治疗糖尿病心肌病的作用和机制；明确二甲双胍、雷诺嗪、菌群移植等治疗糖尿病心肌病的机制。基于本项目的研究，在Nat Commun、Cir Res、JACC等顶尖期刊发表SCI收录论文43篇，累计影响因子405.367，申请国家发明专利7 项，获得2020年获黑龙江省科技进步一等奖，项目实施过程中培养长江学者特聘教授1人，青年长江学者1人，万人计划青年拔尖人才2人，龙江学者青年学者1人，博士研究生26人，硕士研究生37人。