吸烟所致DNA氧化损伤通过DNA甲基化调控MSTN表达在COPD骨骼肌功能障碍中的作用机制

Skeletal muscle dysfunction (SMD) is one of the important systemic effects in COPD, which is associated with oxidative stress. 8-Hydroxy-2'-Deoxyguanine (8-OHdG) is a product of DNA oxidative damage. Myostatin (MSTN) plays a negative regulation during skeletal muscle growth. Our earlier research had found that both 8-OHdG and MSTN increased in the quadriceps femoris muscle of rats stimulated by cigarette smoke extract, and there was a positive correlation between 8-OHdG and MSTN, which suggested that 8-OHdG might participate in the pathogenesis of SMD by influencing the expression of MSTN. Previous studies had demonstrated that 8-OHdG could make the DNA methylation level of new DNA subchain decrease. Hypomethylation could promote transcription. So, the subject puts forword hypothesis that 8-OHdG may participate in SMD by downregulating the level of DNA methylation of MSTN promoter and then promoting the expression of MSTN. We plan to elucidate the above hypothesis by adopting biological molecular techniques and physiological techniques. The researth will provide new ideas for the pathogenesis of SMD and threatment of SMD.

COPD患者存在骨骼肌功能障碍（SMD），氧化应激与SMD的形成机制有关。8-羟基脱氧鸟苷（8-OHdG）为DNA氧化损伤产物，肌生成抑制素（MSTN）对骨骼肌的生长具有负调控作用。本课题通过预实验发现8-OHdG与MSTN在经香烟烟雾刺激的大鼠股四头肌细胞中表达均明显升高，且两者呈正相关，提示8-OHdG可能参与SMD发病，但具体机制不明。既往研究发现8-OHdG可降低新合成DNA子链中甲基化水平；启动子区域DNA低甲基化可促进基因转录。据此本项目提出了8-OHdG可能通过改变MSTN基因启动子甲基化水平进而调控MSTN基因表达参与SMD的假设。本项目拟采用分子生物学和生理技术从细胞、动物和人体水平分别阐明8-OHdG通过MSTN基因启动子低甲基化促进MSTN基因表达，进而参与SMD的发病机制，为进一步阐明COPD患者SMD的发病机制并对其进行治疗提供科学依据。

COPD患者存在骨骼肌功能障碍（SMD），氧化应激与SMD的形成机制有关。8-羟基脱氧鸟苷（8-OHdG）为DNA氧化损伤产物，肌生成抑制素（MSTN）对骨骼肌的生长具有负调控作用。通过此研究发现：1.收集人外周血单核细胞与肺组织，比较两者8-OHdG的含量变化，发现在吸烟COPD患者中两者8-OHdG含量均明显升高，两者呈正相关，由于COPD患者肺组织难以获取，可以考虑使用人外周血单核细胞代替肺组织；2.在香烟烟雾刺激股四头肌细胞模型和COPD大鼠模型中，干预组股四头肌细胞8-OHdG含量、细胞内 ROS水平、OGG1 mRNA和蛋白水平较空白对照组均明显升高（P＜0.05），细胞 8-OHdG含量与其ROS水平呈明显正相关（r=0.746，P=0.000），但大鼠股四头肌细胞8-OHdG含量与其OGG1 mRNA和蛋白水平无明显相关；3.在香烟烟雾刺激股四头肌细胞模型和COPD大鼠模型中，干预组股四头肌细胞MSTN mRNA 和蛋白表达量明显高于空白对照组（P＜0.05），且伴随CSE的浓度升高，MSTN mRNA和蛋白 表达越高；4.在香烟烟雾刺激股四头肌细胞模型和COPD大鼠模型中，干预组股四头肌细胞MHC-I mRNA 和蛋白表达量明显低于空白对照组（P＜0.05）；且伴随CSE的浓度升高，MHC-I mRNA 表达越低；但MHC-IIA、MHC-ⅡBmRNA 和蛋白表达在干预组和空白对照组之间无明显差异；5.在香烟烟雾刺激股四头肌细胞模型和COPD大鼠模型中，干预组股四头肌细胞MSTN 甲基化水平明显低于空白对照组（P＜0.05），且其甲基化水平与 8-OHdG含量、MSTN mRNA和蛋白水平均呈负相关。经过此研究我们推测DNA氧化损伤在COPD骨骼肌功能障碍中起重要作用（8-OHdG升高），且8-OHdG通过降低MSTN基因启动子甲基化水平进而调控MSTN基因表达参与骨骼肌功能障碍的发病过程，为治疗COPD骨骼肌功能障碍提供了新靶点。