去泛素化酶USP14调控心肌肥大的分子机制研究

Myocardial hypertrophy is the essential pathological process of cardiac remodeling and/ or heart failure. Evidences have indicated that inhibition of proteasome activity could significantly improve myocardial hypertrophy. As a 19S proteasome subunit which possesses deubiquitinase activity, whether USP14 affects heart diseases or not is still unclear. Our previous studies have demonstrated that USP14 showed high expressions in AngII-induced rat neonatal myocardial hypertrophy model and transverse abdominal aortic constriction (TAAC) -induced rat myocardial hypertrophy model, and inhibition of USP14 activity could reverse myocardial hypertrophy and decrease the phosphorylation of glycogen synthase kinase-3β expressions which had already been proven to inhibit myocardial hypertrophy. Therefore, we hypothesize that deubiquitinase USP14 may regulate myocardial hypertrophy through GSK-3β. Through cellular and animal model studies, we will focus on disclosing the molecular mechanisms regulated by USP14 in myocardial hypertrophy, by using a variety of experimental methods such as cellular and molecular biology, small animal echocardiography, histology, immunohistochemistry in order to provide new scientific evidences for the regulation of myocardial hypertrophy as well as drug target development.

心肌肥大是心脏重构/心力衰竭的重要病理过程，研究表明抑制蛋白酶体的活性可显著改善心肌肥大。去泛素化酶USP14是蛋白酶体亚基19S上具有去泛素化酶活性的一个亚单位，其在心肌肥大中的作用未见报道。我们在前期研究中发现，USP14在血管紧张素II（AngII）诱导的原代乳鼠心肌细胞肥大模型和腹主动脉缩窄（TAAC）导致的大鼠心肌肥大模型中呈高表达；抑制USP14的活性可以逆转心肌细胞肥大，并且可降低磷酸化糖原合酶激酶-3β（p-GSK-3β）的含量，而GSK-3β磷酸化水平下降则已被证明可抑制心肌肥大。因此，我们首次提出“去泛素化酶USP14通过GSK-3β调控心肌肥大”的研究假说。本研究拟从细胞和整体动物两个层面，通过细胞和分子生物学、小动物心脏彩超仪、组织形态学、免疫组织化学等手段，探讨USP14对心肌肥大的调控作用及分子机制，为心肌肥大发病的调控机制和药物新靶点的探索提供实验依据。

泛素-蛋白酶体系统（Ubiquitin proteasome system，UPS）是机体非溶酶体降解的主要蛋白降解通路。研究证实，UPS在各种心血管疾病的发生发展中发挥重要作用。我们发现：1. 去泛素化酶USP14是防治心肌肥大的新的靶点，能够抑制GSK-3β通路的激活。在腹主动脉狭窄的动物模型中，USP14表达显著升高。在血管紧张素II导致的原代乳鼠心肌细胞肥大模型中，USP14表达量呈时间依赖性的增加，降低USP14去泛素化酶活性或者敲除USP14可导致心肌细胞肥大特异性因子β-MHC表达量减少，GSK-3β磷酸化水平也降低。以上结果说明去泛素化酶USP14通过促进GSK-3β磷酸化正向调控心肌肥大的发生发展，表明USP14可能是心肌肥大治疗的新型靶标（BBRC, 2016, IF: 2.37）。2. 抑制USP14的去泛素化酶活性可以显著抑制心肌成纤维细胞增殖（刘宁宁，等，国际医药卫生导报，2015），同时发现GATA4是LOX-1调控心肌成纤维细胞增殖的重要中间调节因子（BBRC, 2016, IF: 2.37）。3. 去泛素化酶USP14能够通过增强ERK1/2磷酸化和激活NF-κB来调控LPS诱导的THP-1细胞炎症反应（Mol Cell Biochem, 2017, IF: 2.61）。