MKL1选择性调控心肌HIF-1α下游通路的作用与机制研究

During myocardial ischemia and reperfusion, the transcription of sugar transporter 4, also known as GLUT4, is activated. GLUT4 promotes glycolysis and up regulates ATP production to adapt to hypoxic conditions. Meanwhile, NADPH oxidase (NOXs) genes expression increased, producing large amounts of reactive oxygen species (ROS), which led to cardiomyocyte apoptosis. Hypoxia-inducible factor 1α (HIF-1α) regulates these two pathways. As a "double-edged sword", HIF-1α plays an important role in myocardial. It’s meaningful to investigate how to selectively inhibit NOXs pathway to protect cardiomyocyte injury. The applicant has been doing the research about MKL1 in the cardiovascular disease. The research found that MKL1 can interact with HIF-1α, and overexpressed MKL1 activated NOX2 transcription. More importantly, MKL1 and HIF-1α synergistically up-regulated the transcription of NOX2, but MKL1 had no effect on GLUT4. The project intends to study the effect of MKL1 in myocardial ischemia-reperfusion injury, and to investigate whether MKL1 interacts with HIF-1α and selectively regulates NOXs pathway, thereby promoting myocardial injury. The project intends to testify whether targeting MKL1 interacting with HIF-1α is a potential treatment of myocardial ischemia-reperfusion injury, and to provide theoretical basis for drug designing and screening of effective drug candidates in the future research.

心肌缺血再灌注过程中，糖转运蛋白GLUT4表达上调，促进糖酵解途径，上调ATP产生，起到保护心肌的作用；同时，NADPH氧化酶（NOXs）表达也上调，产生大量活性氧，导致心肌细胞凋亡。这两个过程均受HIF-1α调控，HIF-1α作为一把“双刃剑”，对心肌细胞具有重要的作用。研究如何选择性的抑制NOXs通路，缓解心肌细胞凋亡，具有重要的意义。申请人前期围绕心血管调节因子MKL1展开研究，发现MKL1与HIF-1α相互结合，过表达MKL1促进NOX2转录，并且MKL1与HIF-1α协同促进NOX2转录，而MKL1对GLUT4转录没有影响。本项目拟研究MKL1对心肌缺血再灌注损伤的影响，揭示MKL1是否与HIF-1α相互作用并选择性调控NOXs通路，从而促进心肌损伤。探究靶向MKL1与HIF-1α相互作用是否治疗心肌缺血再灌注损伤的潜在靶点，为后续有效活性成分筛选和药物设计提供理论依据。

心肌缺血再灌注损伤是临床溶栓、经皮冠状动脉搭桥术等治疗心肌梗死过程中的常见病变。氧化应激增加在心肌缺血再灌注损伤的过程中发挥着重要的角色，经由NADPH氧化酶(NOX)催化生成的活性氧自由基（ROS）的过度累积是引发氧化应激损伤的重要原因。对于NOX转录调控的机制研究清楚，将有望寻求抑制NOX转录以及ROS产生的干预靶点，为缓解心肌缺血再灌注损伤提供新的策略。本项目发现在缺血再灌注损伤模型中，MKL1敲除小鼠比对照组小鼠心肌梗死面积更小，而且心脏功能提高。类似的，用MKL1药理性抑制剂CCG-1423处理小鼠，同样呈现出心肌梗死面积减少、心脏功能提高的表型。在体内或者体外，均发现缺失或者抑制MKL1能有效下降ROS产生。而且，发现心肌缺血再灌注时MKL1表达明显增加，并发现MKL1可以直接结合到NOX基因的启动子区域，影响组蛋白的修饰，使染色体结构改变成易于基因转录的状态，从而促进NOX转录。我们的结果提示，MKL1可能为干预心肌缺血再灌注损伤的新的潜在靶点。. 此外，本项目研究了MKL1发生亚细胞转位从而改变活性的机制，发现MKL1能与去乙酰化酶HDAC5结合，HDAC5能使MKL1去乙酰化，进而抑制MKL1发生核转位，从而抑制其发挥转录调控作用。本研究提示靶向MKL1与HDAC5的结合可能是抑制MKL1活性的重要节点。并且在本项目的资助下，本研究发现MKL1能与HIF-1相互结合。进一步研究发现HIF-1能表观遗传调节下游靶基因转录。本研究提示MKL1通过招募表观遗传复合物，来辅助相关转录因子（如SRF、p65、HIF-1）调控基因转录可能是一个普遍的机制，干预MKL1与表观遗传复合物的相互作用可能是干预疾病的潜在新靶标。. 丹参具有活血化瘀的功效，在临床上广泛应用于心血管疾病的治疗，发挥抗氧化、改善缺血再灌注损伤等作用。在本项目的资助下，我们筛选和发现丹参中的丹参二醇C（Tan C）能够抗氧化，表现在抵抗oxLDL诱导的巨噬细胞泡沫化，并发现其能通过激活Nrf2，促进下游基因过氧化物氧化酶1（Prdx1）表达，新发现Prdx1能通过促进脂质转运蛋白ABCA1表达，促进脂质转出进而缓解巨噬细胞泡沫化。.