泛素活化酶E1促进心房重构及颤动发生的分子机制

Ion channel dysfunction is a major mechanism to regulating atrila remodeling and fibrillation (AF), which is a common arrhythmia that increases the risk of heart failure and stroke. Ubiquitnation modification mediates protein degeradation. Among this, ubiquitin activating enzyme (E1) activates ubiquitin, initiates the process of protein ubiquitination and degradation. Recently, our preliminary results indicate that after Ang II infusion and aortic banding, WT mice showed a marked atrial remodeling and fibrosis. The expression of E1 in Ang II and TAC-treated atrial tissue were significantly increased but the expression ion channels incuding SERCA2 and Kir3.4 was markedly decreased compared with control; In contrast, treatment of WT mice with E1 inhibitor markedly reversed these effect. However, the molecualr mechanisms of E1 in this process remain unclear. Here we will use E1 knockout and E1 inhibitor-treated mice as well as in vitro cultured cell model to explore the role of E1 in atrial remodeling and fibrillation, and elucidate the underlying mechanisms. These findings will provide a novel potential target for the treatment of atrial remodeling and fibrillation.

离子通道功能异常与心房重构是诱发心房颤动发生的重要机制。泛素修饰是介导蛋白质降解的主要途径，其中泛素活化酶（E1）是激活泛素、启动泛素修饰过程的关键酶。我们前期实验发现血管紧张素II或主动脉结扎可诱导明显的心房重构，E1表达水平明显增高；同时心房中有2个离子通道的蛋白水平（SERCA2和Kir3.4）明显降低。相反，应用E1抑制剂可明显抑制心房重构，并明显逆转这些离子通道的蛋白水平。但是E1如何促进离子通道蛋白泛素化和降解、导致心房重构进而诱发房颤的机制仍需深入探讨。本项目拟用E1敲除和E1抑制剂处理的小鼠以及体外培养的心房细胞模型，研究E1对心房重构及房颤的影响，并阐明E1促进这些离子通道蛋白泛素化和降解的分子机制，最后为防治心房重构及房颤发生提供新的药物靶点。

房颤是临床上最常见的心律失常，其发病率逐年升高，目前约有 1000 万患者，可导致脑中风和心力衰竭，使病死率及致残率明显增加，目前已成为二十世纪严重威胁人类健康的两大顽疾之一。泛素蛋白酶体系统(UPS)广泛存在于心肌组织中负责参与细胞内80%以上蛋白质的降解从而影响心肌重构的过程,已有研究表明部分抑制泛素蛋白酶体活性可以抑制体外心肌细胞的肥厚，减轻心肌炎症反应及纤维化，因此我们假设抑制处于UPS系统起始位点的关键泛素活化酶(UBA1、E1)可能具有更强大的抑制心肌肥厚、减轻心肌炎症反应及纤维化的作用。本课题的研究目的是明确血管紧张素II（angiotensin II，AII）诱导所致心房肌重构过程中泛素活化酶E1的变化,以及明确抑制E1活性能否抑制血管紧张素II诱导的心房肌炎症和纤维化，为临床治疗房颤提供新的研究靶点和治疗药物。我们主要通过临床验证和基础研究相结合的办法，阐明了E1对心房颤动的影响及机制。泛素活化酶E1负责泛素活化，这是泛素活化的第一步生物过程中降解蛋白质的标记。AngII 灌注小鼠3周后，刺激心房E1表达升高，同时小鼠心房纤维化、炎症、氧化应激升高，NFκB、PI3K-AKT、TGFβ信号通路被激活，心房电生理信号标测显示心房传导速度减慢，动作电位异常。通过注射E1抑制剂PYR-41或注射AAV9-siRNA抑制心脏E1表达，可缓解上述病理表现；而注射AAV9过表达心脏E1可加重上述病理表现。实验结果表明，E1可促进心房重构及心房颤动，是治疗房颤的新靶点，为房颤治疗提供新的思路与方法，对治疗房颤具有重要临床价值。此外，相关房颤的临床及基础科研文章也陆续产出，从血压、心率、血脂、长QT、代谢等方面，阐明了这些危险因素与房颤的相关性。出版了房颤抗凝治疗的专著《规范化抗凝门诊手册》，建立了国内首个抗凝门诊。房颤治疗相关的临床研究，基础研究，以及临床实践等，对房颤的预后、治疗及预防产生了重要影响。