低氧诱导Rcan1-1L的过表达及其介导的线粒体自噬用于缺血性心脏病的治疗及机制研究

Mitochondrial dysfunction induced by myocardial ischemia is the primary cause of cardiac cell death. Previous study has suggested that specific elimination of the damaged mitochondria through mitophagy is beneficial for cardiomyocytes protection against ischemia and maintaining the normal physiological function of myocardium. Recent reports and our findings suggested that Regulator of calcineurin 1-1L (Rcan1-1L) play an important role in the induction of mitophagy in cells. To investigate the role of mitophagy in the prevention and treatment of myocardial infarction, we designed Rcan1-1L gene expression under the hypoxia response element (HRE) of recombinant adeno-associated virus (AAV). Myocardial tissue of insufficient blood supply was infected with the recombinant AAV via selective coronary micro-catheter. Under the condition of myocardial ischemia, Rcan1-1L expression is initiated which then activates mitophagy to clear damaged mitochondria to preserve the survival and function of cardiomyocytes. The aim of the current study is to investigate gene therapy via mitophagy mediated by Rcan1-1L under HRE to achieve the prevention and treatment of myocardial infarction, which provides novel theory and method for the prevention and treatments of cardiovascular disease.

心肌缺血导致的线粒体损伤是心肌细胞死亡的首要原因。既往研究表明通过线粒体自噬途径，特异的清除功能受损的线粒体，有利于缺血条件下心肌细胞的保护和维护心肌的正常生理功能。文献和我们最近发表的研究表明，钙调磷酸酶调节蛋白1-1L（Rcan1-1L）可以特异的诱导细胞内的线粒体自噬。为探讨以线粒体自噬为靶标，预防和治疗心肌梗死的可能性，我们设计了低氧反应原件(HRE)调控下Rcan1-1L过表达的重组腺相关病毒，通过选择性冠脉微导管技术，将其预先感染至有冠脉供血不足的心肌组织。目的是在心肌缺血时，启动Rcan1-1L的过表达，激活心肌细胞内的线粒体自噬途径，有效清除功能损伤的线粒体，减轻缺血对心肌细胞的损伤, 保护受损心肌细胞的存活和功能。本课题是探讨使用基因治疗方法，期望通过调控心肌细胞的线粒体自噬，来实现预防和治疗心梗及心功能的再建，希望为心脑血管病的预防和治疗提供新的理论和方法。

心肌缺血/再灌注损伤（I/R）是缺血性心脏病介入治疗亟待解决的关键问题。自噬与凋亡作为调节细胞命运的关键生物学过程，二者之间的复杂作用关系在I/R损伤过程中发挥重要功能。如何增加自噬清除受损细胞器及减少凋亡是值得深入探讨的重要问题。钙调磷酸酶调节蛋白Rcan1是一种压力诱导性保护蛋白，位于21号染色体，与多种疾病途径相关，如在神经系统中参与了阿尔兹海默症、唐氏综合症与脑卒中等疾病进程；在心血管系统中参与了心衰后心室肥大，主动脉瘤与壁内血肿以及瓣膜发育等过程。有研究报道称Rcan1在缺血性心脏病中具有一定的心肌保护作用，但具体的作用机制尚未明确阐述。本课题通过离体细胞与在体动物构建I/R模型，利用腺病毒及腺相关病毒沉默或过表达Rcan1，观察其在I/R模型中的作用。课题通过小动物超声、血流动力学观察大鼠心功能变化，病理染色观察心肌梗死面积及纤维化程度，凋亡及自噬水平检测，线粒体功能检测，Western blot 方法检测能量代谢、自噬、钙稳态及凋亡相关蛋白及信号通路相关分子表达，以及Co-IP方法检测Rcan1与钙调节相关蛋白结合关系。结果显示Rcan1过表达后I/R大鼠左室功能明显恢复，心肌梗死面积减少，心肌纤维化程度减轻，心肌细胞线粒体功能恢复，同时凋亡程度降低，自噬程度增加，并可以通过与Calpain的结合起到抑制其活性作用，从而发挥保护心肌细胞功能。在心肌I/R损伤中，Rcan1的过表达可以通过与Calpain的结合抑制Calpain活性，增加ATG5表达，提高自噬水平，保护心肌细胞线粒体，减少细胞凋亡，从而减少I/R注引起的心肌损伤。项目结果旨在为缺血性心脏病的基因治疗提供新的理论基础及潜在靶点。