内源性硫化氢调节剂SPRC通过调控gp130-JAK-STAT3通路改善心肌重构

Cardiac remodeling is a key feature for the pathogenecity of heart failure. Intracellular signal transductions play critical roles in the development of cardiac remodeling and particularly, the gp130-JAK-STAT3 pathway is closely related with the hypertrophy, survival, and regeneration of cardiomyocytes, extracellular matrix metabolism, angiogenesis, inflammatory response, oxidative stress, and myocardial energy metabolism. Our previous research has revealed that SPRC, an endogenous hydrogen sulfide modulator, exerts profound cardioprotective effects and regulates cardiac remodeling. Therefore, the current project is performed to: (1) verify the modulation to gp130-JAK-STAT3 pathway is involved in the influence of cardiac remodeling by SPRC; (2) indicate the cardioprotective roles (eg. anti-apoptotic, anti- oxidant response) of SPRC could be associated with activation of STAT3-related signaling pathway, utilizing the cardiomyocyte-restricted STAT3-deficient mice. This study will offer a novel molecular basis and therapeutic strategy for the treatment of cardiac remodeling by hydrogen sulfide donor(SPRC).

心肌重构是导致心力衰竭的关键因素。心肌重构过程中，细胞内的信号转导起重要作用。其中gp130-JAK-STAT3通路与心肌细胞肥大、存活和再生、细胞外基质代谢、血管生成、炎症反应、氧化应激、心肌能量代谢调节密切相关。我们的前期研究成果表明内源性硫化氢调节剂SPRC可以调节心肌重构并具有显著的心肌保护功能。因此，本研究课题拟: (1) 揭示gp130-JAK-STAT3信号转导途径参与SPRC改善心肌重构过程；(2) 利用心肌特异性STAT3敲除小鼠，阐明SPRC发挥抗凋亡、抗氧化等心肌保护作用与调控并激活STAT3相关通路有关。本研究将为硫化氢供体(SPRC)治疗心肌重构提供新的分子基础和治疗策略。

在本项目的研究工作中，通过建立多柔比星（Dox）诱导的体内外心肌损伤模型，探讨内源性H2S供体SPRC对Dox导致的心肌损伤的保护作用及其相关机制。在正常培养的H9c2心肌细胞中，SPRC可瞬时提高 STAT3磷酸化及核转移水平，以此同步，SPRC亦可上调gp130磷酸化，且激活gp130持续时间较激活 STAT3更持久。SPRC增强gp130与JAK2及gp130与STAT3的相互作用，提示SPRC很可能促使STAT3向gp130的结合位点聚集并由gp130发起信号传递。在Dox诱导的心肌细胞损伤模型中，SPRC可以逆转Dox刺激后引起的p-STAT3表达降低，并显著促进STAT3核迁移。SPRC可以增强gp130与STAT3相互作用并调控gp130/STAT3下游相关信号分子（心肌保护蛋白如 MCL-1、Bcl-2、Bcl-XL等及心肌促凋亡蛋白如Bax、Cleaved caspase 3 和 9），这与gp130配体LIF作用一致，提示SPRC可能具有与LIF改善心肌细胞凋亡类似的功能。 SPRC通过活化gp130/STAT3信号转导抑制Dox诱导的心功能减退、心肌病理损伤、心肌细胞凋亡、ROS过度生成、线粒体紊乱及钙超载。在Dox诱导的体外原代心肌细胞凋亡模型及体内心力衰竭模型中，SPRC通过激活STAT3活化CSE，增强STAT3与CSE相互作用，抑制DNA损伤及线粒体过度氧化应激；利用STAT3心肌特异性敲除小鼠及CSE敲除小鼠，证明了SPRC通过STAT3改善心功能及心肌病理损伤，抑制心肌细胞坏死及凋亡。本项目阐明了SPRC拮抗Dox心肌毒性的分子机制，为H2S/SPRC用于治疗Dox心肌损伤提供了有力的理论基础和实验依据。