红景天苷通过HDAC11调控 HIF-1 α的降解改善心脏干细胞耐受缺氧并诱导心脏干细胞分化的作用机制研究

Cardiac stem cells are considered to be one of the best methods of repairing myocardial injury. HIF - 1 α is an important transcription factor of adjusting oxygen metabolism. The E3 ubiquitin ligase CHIP targets HIF - 1 for degradation. Histone acetyltransferase (HAT) and histone deacetylase (HDAC) play an important role in epigenetic regulation . HDAC can protect HIF - 1 α from degradation by the ubiquitin - proteasome system, stabilizing and increasing HIF - 1 α levels. Salidroside has extensive biological functions, the early results demonstrated that: HDAC11 overexpression in cardiac stem cells could increase significantly expression of HIF - 1 α and HIF - 1 α translocation to the nucleus; furthermore, under hypoxic conditions, Salidroside can increase the expression of HDAC11 in CSCs. We speculate that Salidroside may protect HIF - 1 α from degradation by HDAC11 and improve tolerance to hypoxia for CPCs to induce differentiation. First, in a myocardial infarction model in mice and hypoxia model of CSCs, we will test whether HDAC11 overexpress can reduce HIF - 1 α acetylation levels, and reduce the CHIP mediated HIF - 1 α degradation, so as to promote the differentiation of transplanted CSCs and angiogenesis in vivo and in vitro. By lentivirus mediated transfection and siRNA , we will explore further the targets and function of Salidroside in order to repair damage to the heart and improve cardiac function.

心脏干细胞是修复损伤心肌的最佳途径之一。HIF-1α是调节氧代谢的重要转录因子。E3泛素连接酶CHIP参与了HIF-1α的降解，组蛋白的乙酰化酶(HAT)和去乙酰化酶(HDAC)可以调节HIF-1α的表达。HDAC可以降低HIF-1α乙酰化水平从而对抗泛素化-蛋白酶体的降解而致稳态的HIF-1 α表达增加。前期研究证实HDAC11过表达的心脏干细胞HIF-1α表达增加并转入核内；在缺氧情况下红景天苷可以干预心脏干细胞HDAC11表达，因此推测红景天苷可能通过HDAC11调控HIF-1α降解改善心脏干细胞耐受缺氧并诱导心脏干细胞分化。本课题予制备小鼠心梗模型及心脏干细胞缺氧模型，证明 HDAC11过表达可以降低HIF-1α乙酰化水平，减少CHIP介导的HIF-1α的降解从而促进移植干细胞分化及血管新生；应用慢病毒转染及siRNA进一步确定红景天苷的效应靶点，探讨红景天苷对心脏干细胞的保护机制。

心脏干细胞尽管在临床治疗心梗后心肌损伤修复中可能会有非常好的应用前景，但移植细胞的高死亡率、移植的途径及移植细胞带来的风险仍是限制干细胞在临床应用的主要问题。但中医药在干细胞调控中的作用可能是显著的，并且可以广泛应用于临床。HIF-1α是调节氧代谢的重要转录因子。E3泛素连接酶CHIP参与了HIF-1α的降解，组蛋白的乙酰化酶(HAT)和去乙酰化酶(HDAC)可以调节HIF-1α的表达。HDAC可以降低HIF-1α乙酰化水平从而对抗泛素化-蛋白酶体的降解而致稳态的HIF-1 α表达增加。前期研究证实HDAC11过表达的心脏干细胞HIF-1α表达增加并转入核内；在缺氧情况下红景天苷可以干预心脏干细胞HDAC11表达，因此推测红景天苷可能通过HDAC11调控HIF-1α降解改善心脏干细胞耐受缺氧并诱导心脏干细胞分化。我们在本实验中，成功应用两步法获取GATA4阳性心脏干细胞，在细胞水平研究发现红景天苷能显著抑制缺氧状态下心脏干细胞的凋亡，促进细胞的迁移，增加血管新生，红景天苷能够提高HIF-1α在细胞内的含量；HDAC11过表达的CSC细胞HIF-1α表达增加，在机制探讨中证实HDAC11通过抑制HIF-1α的乙酰化修饰，对CHIP介导的HIF-1α降解具有负调控作用。TUNEL染色检测细胞凋亡统计结果显示：缺氧状态下红景天苷干预组心脏干细胞凋亡指数（0.0886±0.01418）明显低于对照组（0.1880±0.02076）（P<0.01），差异具有显著性。提示红景天苷能明显抑制缺氧状态下心脏干细胞的凋亡。细胞迁移实验结果显示12h、24h红景天苷干预组细胞迁移率与对照组相比均有统计学差异，P<0.05。小管形成实验统计结果显示各时间段红景天苷干预组细胞成血管能力均比对照组强，小管的长度与分支均具有统计学意义，P<0.05。WesternBlot荧光检测HIF-1α表达统计结果：红景天苷干预组HIF-1α的表达明显高于对照组，P<0.01，差异具有显著性。提示红景天苷能显著提高HIF-1α在细胞内的含量。Western blot 检测HDAC11过表达时HIF-1α表达显著增加，P<0.01，差异具有显著性。同时制备小鼠心肌梗死模型，心肌注射心脏干细胞，以及服用红景天苷，应用心超监测小鼠心功能情况，证实CSC细胞和红景天苷干预均可以改善心梗后小鼠的心功能，P<0.05