内质网应激转录因子XBP1对心肌肥厚和心力衰竭的调控及其机制研究

Heart failure is the final common pathway of various cardiovascular diseases,, but the underlying pecific pathophysiological mechanisms are not yet fully understood. XBP-1 is a member of the CREB/ATF basic region-leucine zipper family of transcription factors, also is a key UPR inducible transcription factor of endoplasmic reticulum stress，play important roles in cell proliferation and apoptosis, inflammation and immune response, tumor growth and progression，lipid metabolism and glucose homeostasis.We hypothesized that XBP1 is involve in various key regulations in the progression of cardiac hypertrophy and heart failure. In the previous study, we found that cardiac expression of XBP1 was induced in the early adaptive phase, but decreased in the maladaptive phase in hypertrophic and failing heart. In this project, classic animal models of heart failure was used in in vivo study of the overall effects of XBP1. Secondly, we measured the effects of XBP1 on apoptosis, proliferation and other biological functions in endothelial cell and cardiac myocytes. Finally, we analysised the molecular mechanism of XBP1 on cardiac angiogenesis, inflammation and autophagy. This work will provide important theoretical and experimental basis for XBP1 targeted therapy for prevention and treatment of cardiac hypertrophy and heart failure.

心力衰竭是心血管疾病的严重阶段的一种临床综合征。由于其病理生理机制并没有完全明了，因此治疗效果欠佳。XBP1是CREB/ATF基本结构域leucine zipper家族一员，也是内质网应激反应中最关键的转录因子，在细胞生存与凋亡、炎症与免疫应答、肿瘤生长、糖脂代谢等生理和病理中发挥极其重要的作用，但其在心肌肥厚和心力衰竭的作用一直未得到关注。我们的前期研究现，在心肌肥厚和心力衰竭模型动物心脏组织中XBP1表达逐渐升高，但其意义有待阐明。在本项目中，我们先在经典的心力衰竭动物模型中研究XBP1 的体内整体效应；再从多角度研究XBP1对心肌细胞和内皮细胞生物学效应的影响；并进一步探讨XBP1调控心肌组织血管生成与心肌肥厚的分子生物学机制，为心力衰竭的防治和针对XBP1 的靶向治疗研究提供重要的的理论依据。

冠状血管系统毛细血管生成与肥厚心肌细胞之间不匹配导致代偿性心肌肥厚向心力衰竭转变，但其具体分子机制仍然不够明确。本研究探寻了在心肌肥厚和心力衰竭模型心脏中未折叠蛋白反应（unfolded protein response，UPR）激活情况和血管内皮生长因子VEGF-A差异性表达，探讨了其作用及上游机制，并在此基础上提出了新的心力衰竭治疗方案。我们首先建立了异丙肾上腺素（Isoproterenol，ISO）诱导大鼠心肌肥厚和心力衰竭模型，检测并发现内质网分子伴侣GRP78和未折叠蛋白反应转录因子XBP1在ISO灌注1周后开始明显上升，在2周时达到峰值，但在4周时 GRP78和XBP1表达水平都发生下调。同时检测发现最重要的促血管生成因子VEGF表达水平和心肌组织血管生成在ISO灌注2周之前逐渐上升，但在4周时又降到基线水平。进一步论证发现XBP-1可以和促血管生成因子VEGF-A启动子区的两个结合位点结合，促进内质网应激时VEGF的转录。我们转染小鼠rAAV-shXBP1沉默XBP1表达后，心肌组织VEGF表达和血管生成将下降，导致ISO诱导的心功能受损将进一步加重。接下来，我们进一步寻找XBP-1在心衰过程上游调控机制。我们用miRBase (MicroCosm)、TargetScan和microRNA.org三种生物信息学方法预测可能结合到XBP1的3′UTR的miRNA，推测XBP1可能是miR-214的靶基因。结果发现过表达miR-214可以下调H9C2 (2-1)心肌细胞和内皮细胞XBP1和VEGF蛋白表达，抑制毛细血管形成、内皮细胞迁移、内皮细胞增殖，抑制293细胞荧光报告基因活性，都提示miR-214通过直接结合XBP1 mRNA的3′UTR而抑制XBP1的表达。通过转染pCMV6-XL5-XBP-1s质粒恢复XBP1在内皮细胞内的再表达，可以逆转miR-214过表达引起的血管生成抑制效应。既然XBP1是miR-214的靶基因，我们进一步发现AAV9介导的miR-214下调可以改善ISO诱导的心功能受损，促进XBP1/VEGF表达及心肌组织血管生成。我们的研究表明，通过干预miR-214或XBP1来调控未折叠蛋白反应介导的心脏血管生成和心肌肥厚向心力衰竭转变。