肽酶抑制蛋白16调控压力负荷性心肌肥大和心脏重塑的分子机制

Pathological cardiac hypertrophy is one of the main reason causing cardiac remodeling and failure. The molecular mechanism of pathological cardiac hypertrophy remains largely unknown. Our previous study found that peptidase inhibitor 16 is a relatively cardiac specific protein. Overexpression of PI16 performed significant anti-hypertrophic effects on pressure overload induced cardiac hypertrophy via regulating P53 and DOT1L mediated histone post-transcriptional modification and hypertrophy associated gene expression. The detailed regulation of PI16 remains unknown. In this study, we will reveal the detailed mechanism of PI16 regulating P53 and DOT1L mediated histone post-transcriptional modification in primary cultured cardiomyocytes via overexpression and knockdown of PI16. Further, we will confirm the in vitro mechanism in transverse aortic constriction model using PI16 transgenic and conditional knockout mice. Our study will dissect the function and molecular mechanism of PI16 and help thoroughly understanding the mechanism of pathological cardiac hypertrophy and exploring potential therapeutic targets.

病理性心肌肥大是导致心脏重构和心力衰竭的重要原因之一，但调控病理性心肌肥大的分子机制仍存在大量未知。本项目前期研究发现肽酶抑制蛋白16是一个新的心脏相对特异性表达的蛋白，过表达PI16具有显著的抗压力负荷性心肌肥大的作用，其作用可能是通过调控P53和DOT1L基因，影响了心肌组蛋白的转录后修饰，进而抑制了心肌肥大相关基因的表达，但其具体调控机制尚不清楚。本研究将首先利用原代培养的心肌细胞诱导心肌肥大模型，通过过表达和敲低PI16，研究PI16如何通过P53和DOT1L来调控心肌肥大过程中组蛋白的转录后修饰及相关基因表达。在体外研究的基础上，我们将进一步利用转基因和基因敲除动物构建心肌肥大模型，在活体水平证明PI16的调控机制。通过本研究，我们将阐明PI16这一新的抗心肌肥大蛋白的功能和具体分子调控机制。我们的研究将为深入了解心肌肥大的机制和探索新的药物治疗靶点提供线索。

非缺血性心脏病中，病理性心肌肥大和心肌纤维化为导致心力衰竭的重要原因之一。目前，由于调控心肌重构的分子机制仍存在大量未知，以及有效治疗靶点的限制，关于病理性心肌肥大和心肌纤维化仍缺乏特异性治疗方法。本研究旨在阐明肽酶抑制蛋白16（PI16）在血管紧张素II（AngII）诱导或后负荷增加所致的心肌肥大和心脏纤维化中的作用及相关分子机制，为探索新的心肌重构药物治疗靶点提供线索。PI16转基因小鼠（PI16-Tg）通过皮下埋泵构建AngII诱导的病理性心肌肥大模型，采用小鼠心脏超声和HE染色评估心功能及心肌肥大水平。采用Masson染色和天狼星红染色评估小鼠心肌纤维化水平。通过Western blot和实时荧光定量PCR检测心肌肥大及纤维化相关指标的变化。体外分离培养新生大鼠心肌成纤维细胞(NRCFs)和心肌细胞（NRVMs），Ad-PI16腺病毒感染NRCFs后用AngII诱导纤维化，Western blot检测纤维化相关指标并筛查去乙酰化酶（HDACs）、p53及组蛋白H3、H4相关位点乙酰化水平的变化。用Ad-PI16和Ad-HDAC1腺病毒共同感染NRCFs，以同时过表达PI16及HDAC1，检测细胞增殖、纤维化相关指标及HDAC1、组蛋白H3、p53相关位点水平的变化。通过染色质免疫共沉淀（ChIP）探究组蛋白转录后修饰的机制。通过免疫荧光在体内水平对HDAC1及AcH3的变化进行验证。PI16-Tg采用TAC构建后负荷增加导致的心肌肥大及纤维化模型对PI16的作用进行进一步验证。心脏超声结果提示与野生型（WT）小鼠相比，PI16-Tg小鼠左心室重量明显较低。免疫组化结果显示PI16-Tg小鼠心肌细胞大小和心脏纤维化程度较WT小鼠明显减轻。心肌成纤维中过表达PI16后可显著抑制NRCFs增殖，并降低纤维化相关指标的表达。进一步分析显示过表达PI16下调了NRCFs细胞核内HDAC1的水平，并引起组蛋白H3其K18和K27赖氨酸位点的乙酰化增加。过表达HDAC1后则逆转了PI16过表达所引起的NRCFs功能和指标的变化。免疫荧光染色证实了体内水平PI16过表达相关的HDAC1及组蛋白H3的相关变化。本研究结果提示PI16可特异性的表达于心肌成纤维细胞，并调节HDAC1的水平，从而在应激所致的成纤维细胞激活时，过表达PI16可以阻止心肌肥大和心脏纤维化的发生发展。