肽酶抑制蛋白PI16对主动脉瓣病变的作用机制研究

心脏瓣膜病是危害人类健康的重要疾病，退行性主动脉瓣病变已成为老年性心脏瓣膜病的主要病因，其病理机制尚不十分清楚。心脏瓣膜间质细胞是维持瓣膜正常形态和瓣膜损伤、修复的主要承担者，瓣膜间质细胞异常增殖是心脏瓣膜病变的主要病理特征之一，目前对心脏瓣膜间质细胞的生物学特性了解甚少。通过前期研究我们发现，正常状态下心脏瓣膜中几乎不表达肽酶抑制蛋白PI16，而PI16在退行性或风湿性主动脉瓣狭窄尤其是钙化性病变中却显著上调。目前已知PI16具有显著抑制细胞生长的作用，但其在主动脉瓣狭窄病变中有何种作用尚不清楚。为了阐明PI16在主动脉瓣病变中的具体作用，本项目选择主动脉瓣间质细胞为主要研究对象，拟通过体外细胞水平和转基因动物体内水平系统地研究PI16对心脏瓣膜间质细胞的生物学调控作用和对饮食诱导的鼠心脏瓣膜病的影响。此项目对于深入了解心脏瓣膜间质细胞的生物学特性和心脏瓣膜病的病理机制具有重要意义。

钙化性主动脉瓣病变是临床主动脉瓣狭窄的主要原因，且缺乏有效预防和治疗方法。近年来的研究表明，钙化性主动脉瓣病变不是一个单纯的退行性过程，而是一个有着活跃分子调控的主动过程。慢性炎症、成骨分化等机制被认为是主要的参与机制。前期本课题组从病变的主动脉瓣中筛选出一个新的蛋白分子，肽酶抑制蛋白PI16，其高表达于病变的瓣膜组织和主动脉瓣间质细胞，我们推测其可能参与钙化性病变的过程，为了进一步研究其作用，我们构建了PI16腺病毒表达载体。通过体外转染主动脉瓣间质细胞（AVIC），研究了PI16对AVIC生物学功能的影响，结果表明PI16不影响AVIC的增殖，能够促进AVIC的迁移和抑制AVIC凋亡，进一步我们通过钙化培养基诱导AVIC钙化的实验，证明了PI16可以显著抑制AVIC的成骨分化基因的表达和钙化，其主要机制为PI16通过抑制促凋亡蛋白P53，抑制了钙化过程中的AVIC凋亡，减轻了钙化程度。为了证实体内是否也存在同样的机制，我们构建了PI16转基因小鼠模型，并采用华法林诱导转基因小鼠构建主动脉瓣钙化模型。结果表明：过表达PI16可以显著抑制华法林诱导的主动脉瓣钙化。与细胞水平的机制相似，PI16同样抑制了成骨分化关键基因RUNX2及其下游OPN的表达，抑制了P53介导的凋亡信号Caspase3表达，我们研究结果表明，无论是体外还是体内，PI16均通过抑制P53信号抑制了主动脉瓣的钙化。我们研究成果为干预主动脉瓣钙化提供了新的分子信号和靶点。