心肌成纤维细胞和TGF-β1/Smads信号通路在阿霉素心脏毒性中的作用及机制研究

The pathogenic mechanisms of doxorubicin (DOX) cardiotoxicity have not been completely elucidated, most studies emphasized the toxicity of DOX on cardiomyocyte (CM) and ignored the effect of DOX on cardiac fibroblasts(CFs). Cardiac fibrosis, which is mediated by CFs and TGF-β1/Smads signaling pathway, plays an important role in cardiac diseases. Our previous study showed that DOX induced cardiac fibrosis and upregulated myocardial expression of TGF-β1. So we presumed that CFs and TGF-β1/Smads signaling pathway play an critical role in DOX-induced cardiotoxicity. This study examined the toxicity effect of DOX on CFs and the effect of CFs on CM in the progression of cardiotocity, to elucidate the target of DOX; It researched the regulation of TGF-β1/Smads signaling pathway in DOX cardiotoxicity and it also demonstrated the molecular mechanisms of DOX cardiotoxicity by means of intervention of scutellarin, which could reduce DOX cardiotoxicity. This study investigated the effect target of DOX from CM and CFs, and it elucidated the role of CFs and TGF-β1/Smads signaling pathway played in DOX cardiotoxicity for the first time, providing a new target and thought to study the mechanism of DOX cardiotoxicity.

阿霉素（DOX）心脏毒性的发生机制尚不清楚，目前研究主要集中于DOX对心肌细胞（CM）的毒性，而忽略了对心肌成纤维细胞（CFs）的影响。CFs和TGF-β1/Smads信号通路参与的心肌纤维化在心脏疾病中起重要作用。我们前期研究发现，DOX可以引起心肌纤维化和心脏组织中TGF-β1表达增多。据此，我们推测CFs和TGF-β1/Smads信号通路在DOX心脏毒性发病中发挥重要作用。本课题拟研究DOX对CFs的毒性作用及毒性过程中CFs对CM的作用，明确其作用靶点；研究TGF-β1/Smads信号通路在DOX心脏毒性中的调控作用；并以DOX心脏毒性保护剂野黄芩苷干预来佐证这一作用机制。本课题从CM和CFs两方面研究DOX心脏毒性的作用靶点，首次研究CFs和TGF-β1/Smads信号通路在DOX心脏毒性中的作用，为DOX心脏毒性机制研究提供新的研究靶点和思路。

阿霉素（DOX）是一种有效的蒽环类抗肿瘤药，剂量依赖性的心脏毒性限制了其临床应用，DOX心脏毒性的发病机制尚不清楚。目前研究主要集中于DOX对心肌细胞（CMs）毒性，而DOX引起的心肌纤维化和血管内皮毒性近来得到重视，尚不清楚DOX对CMs、心肌成纤维细胞（CFs）和血管内皮细胞（ECs）的毒性是否存在差异。野黄芩苷（SCU）是一种天然黄酮化合物，前期研究证实可以有效降低DOX急性心脏毒性。本研究分为体内实验和体外实验两部分。体内实验研究DOX慢行心脏毒性及SCU的保护作用。大鼠每周两次腹腔注射DOX（2.5 mg/kg）共4周，休息两周，建立慢性心脏毒性模型。每天一次腹腔注射SCU（10 mg/kg/day）共6周以降低心脏毒性。DOX模型组呈现明显的心脏毒性，表现为氧化应激水平升高，左心室射血分数（LVEF）和左心室短轴缩短分数（LVFS）降低，等容舒张时间（IVRT）延长和组织病理学改变。SCU可以降低DOX引起的氧化应激水平升高，提高LVEF和LVFS，降低IVRT，改善组织病理学形态。同时，SCU通过抑制TGF-β1上调和Smad2磷酸化阻断TGF-β1/Smad2信号通路，显著缓解DOX引起的心肌纤维化和细胞外基质沉积形成。体内实验中，我们使用大鼠H9c2心肌细胞、新生大鼠心脏分离原代培养CFs和人脐静脉内皮细胞（HUVECs），分别研究DOX对CMs、CFs和ECs的毒性及SCU对三种类型细胞的保护作用。研究结果表明DOX降低细胞活力，增加细胞总凋亡率，其中DOX对H9c2细胞毒性作用更明显。DOX显著增加细胞内氧化损伤，其中H9c2细胞内丙二醛（MDA）升高更显著。DOX导致细胞发生线粒体功能障碍和DNA损伤。DOX通过上调Bax、p53、cleaved caspase 3蛋白，下调Bcl‐2蛋白激活细胞凋亡。DOX通过上调Beclin 1、LC3-II蛋白，下调p-Akt、p-mTOR、p62蛋白促进细胞自噬。同时，DOX激活TGF-β1/Smad2信号通路。使用25、50和100 μM SCU预处理后显著逆转上述现象，并呈剂量相关性。综上所述，SCU可以通过抑制心肌纤维化降低DOX慢性心脏毒性。DOX对CMs、CFs和ECs均有细胞毒性且存在差异，而SCU可以通过缓解DOX导致氧化损伤、DNA损伤、线粒体功能障碍、细胞凋亡和自噬发挥心脏保护作用。