神经性一氧化氮合成酶在心肌细胞上调与高血压心肌保护机制研究

Nitric oxide plays important roles in regulating cardiac contractile function in healthy and diseased heart. Recent compelling evidence demonstrate that neuronal nitric oxide synthase (nNOS) is important in the regulation of ion channels, Ca2+ release and re-uptake in the sarcoplasmic reticulum，contraction and relaxation in cardiac myocytes. Importantly, nNOS expression and activity are up-regulated in hypertrophic or failing myocardium and exerts cardiac protection. Recently, we have shown that nNOS protein expression and activity are increased by angiotensin II (Ang II) both in vitro and in vivo (after inducing hypertension in rats) and facilitates myocyte relaxation to improve cardiac function. So far, mechanisms mediating nNOS regulation by Ang II and its molecular targets in hypertensive hearts remain clarified. The aim of this project is to identify 1) the subtypes of Ang II receptors those mediate Ang II up-regulation of cardiac nNOS; 2) comprehensive analysis of the mechanisms of nNOS regulation of Ca2+ handling, myofilament Ca2+ sensitivity and cardiac contractility in hypertensive LV myocytes; 3) effects of nNOS upstream regulators on LV myocytes contractility and cardiac protection in hypertension. Our research will be important in revealing novel protective mechanisms of nNOS in hypertensive myocardium and develop novel therapeutic strategy for hypertension and heart failure.

一氧化氮是重要的心肌保护机制之一。10余年来的研究结果表明，神经型一氧化氮合成酶（nNOS）是调节心肌细胞膜通道，肌质网钙的释放,回收以及心肌细胞收缩舒张的重要环节。更重要的是，nNOS在肥大和衰竭的心肌表达增加，活性增强，降低细胞氧化应激和延缓疾病的发展。本实验室近期的研究结果证明，血管紧张肽II在离体和在体处理引起的高血压心肌细胞上调nNOS蛋白质的表达和活性，加快心肌细胞舒张速度。目前nNOS的上调机制和nNOS对高血压心肌细胞保护功能的作用机制尚无报道。因此本课题拟研究 1）血管紧张肽II受体亚型对心肌细胞nNOS的蛋白表达和活性调节及机制；2）nNOS对高血压心肌细胞内钙及肌纤维钙敏感性调节的详细机制；3）分析nNOS激活剂对高血压和心肌保护作用。这项研究将揭示nNOS的上调调节因素以及nNOS对高血压心肌保护机制，为早期预防高血压引起的心衰发生发展及治疗提供有力的实验依据。

nNOS或NOS1是心肌细胞收缩功能重要调节机制也是疾病心肌的重要保护机制。在心衰等疾病状态下，nNOS的活性增强，蛋白表达量增加，但nNOS蛋白表达上调机制和细胞内作用机制尚不明确。本课题拟研究血管紧张素II受体亚型对心肌细胞nNOS的蛋白表达调节机制以及nNOS对高血压心肌细胞内钙及肌纤维钙敏感性的调节及机制。另外，分析nNOS激活剂对高血压和心肌保护作用。按照实验计划，本研究组阐述了血管紧张素II及其受体亚型对心肌细胞nNOS蛋白表达与活性的上调机制。 即，血管紧张素II激活其一型受体，随后NADPH oxidase激活释放细胞内ROS。ROS又激活eNOS的活性，产生的NO使血管紧张素二型受体（AT2R）向细胞膜的移动，AT2R的激活促进nNOS蛋白的上调。因此AT1R-AT2R相互作用对nNOS蛋白表达有重要影响。这些结果有利于了解疾病发生初期在心肌细胞nNOS蛋白的调节通路，为利用nNOS调节机制开发治疗和保护药物提供了科学依据。另外，利用大鼠高血压模型研究nNOS在高血压心肌细胞的钙调和肌纤维钙敏感性特点，对分析nNOS在高血压心肌细胞的作用和意义有了很大的帮助。.重要的是，进一步研究发现，nNOS的剪接变体nNOSbeta在心肌细胞肌纤维组织有表达，但它的作用认知较少，具体机制也不明确。本课题组研究表明，nNOSbeta在正常和高血压心肌细胞肌纤维表达相似，并发现调节二十余种心肌纤维蛋白的磷酸化（包括肌小节的z-段结构蛋白，细肌丝和粗肌丝以及调节蛋白），因此充分说明nNOS对心肌细胞肌纤维的作用蛋白可能是nNOSbeta。利用nNOSalpha/mu基因敲除小鼠以及与药物抑制nNOS的大鼠心肌细胞相比较，发现nNOSbeta能够通过心肌肌纤维抑制细胞的收缩与细胞内钙离子浓度。而且，nNOSbeta的抑制能够加长肌小节长度；引起心肌肥厚，纤维化和肥厚型心功不全。综上所述，研究结果表明nNOSalpha/mu, nNOSbeta在不同的部位对心肌细胞的作用各有不同。这些研究将对正确认识高血压疾病心肌，nNOS不同的剪接变体的作用有重大意义。