活化CSE/H2S系统预防糖尿病心肌纤维化的机制研究

Diabetic cardiomyopathy (DCM) is the main cause of death in diabetes, myocardial fibrosis is the main pathological features of the DCM, but the mechanism is unknown. The endogenous H2S in cardiovascular tissue is mainly catalyzed by cystathionine-γ - lyase(CSE).So far , whether the CSE/H2S system is involved in the occurrence of DCM, has not been reported. The preliminary studies in our research group showed exogenous H2S inhibited the myocardial cells apoptosis in diabetic rats, the mechanism was associated with the less generation of active oxygen in mitochondria. Preliminary experiment confirmed that in diabetic rats the expression of CSE in cardiac muscle tissue was reduced, and myocardial fibrosis aggravated with the duration of the extension. In view of these, we speculate, "Decreased expression of CSE in myocardium caused by diabetes leads to decreased production of endogenous H2S , resulting the antioxygenation displayed by CSE/H2S system weakened which could activate the oxidative stress signal transduction pathway in cardiac fibroblast and further cause the myocardial fibrosis". In order to confirm this hypothesis, our study established the animal and cell models of type I DCM in rats and used the technologies of siRNA and transfection to reveal the pathogenesis of DCM at the whole-cell-molecular level. We hope this can provide new insight and target for the intervention strategy of DCM.

糖尿病心肌病（DCM）是糖尿病的主要致死原因，心肌纤维化是DCM的主要病理特征，但是发生机制未明。在心血管组织，内源性H2S主要由胱硫醚-γ -裂解酶（CSE）催化产生。CSE/H2S系统是否参与DCM的发生，迄今尚无报道。我们前期研究发现，外源性H2S通过抑制细胞凋亡而抑制DCM的发生，其机制与减少心肌线粒体活性氧的产生有关。预试验又初步证实，糖尿病大鼠心肌CSE表达降低，心肌纤维化随病程进展加重。鉴此，我们推测"糖尿病引起心肌成纤维细胞CSE活性降低，内源性H2S生成减少，使CSE/H2S系统抗氧化作用减弱，激活氧化应激信号转导通路，导致糖尿病心肌纤维化的发生"。为证实该假说，我们拟构建大鼠DCM动物和心肌成纤维细胞模型，应用siRNA、CSE 转染等先进技术，从整体、细胞和分子水平，揭示糖尿病心肌病的发生机制，为DCM的干预策略提供新思路和新靶点。

背景及目的.糖尿病心肌病（diabetic cardiomyopathy，DCM）是糖尿病的主要致死原因，心肌纤维化是DCM的主要病理特征，高血糖和高糖诱导的氧化应激是DCM心肌纤维化的重要原因。H2S具有保护细胞的能力，尽管它是否能够抑制心肌纤维化的发生还不明确。本实验主要研究外源性硫化氢在DCM的发生发展过程中潜在作用机制，研究它是否可以抑制心肌纤维化的进程，从而阻止DCM病变的进程。.研究内容.1. 采用STZ复制I型糖尿病的动物模型，动态观察大鼠心肌中内源性H2S含量的变化规律，揭示H2S对糖尿病心肌纤维化的影响。.2. 在上述动物模型上，给予外源性H2S（NaHS），观察其对心肌组织中H2S含量以及心肌纤维化的影响。.3. 高糖处理乳鼠心肌成纤维细胞，复制糖尿病心肌纤维化的细胞模型，动态观察细胞内ROS的含量变化以及细胞的增殖和迁移情况，同时检测NOX4的表达改变。.4.在上述细胞模型中，应用外源性H2S（GYY4137，H2S缓释剂），观察细胞内ROS的含量变化以及细胞的增殖和迁移情况，同时检测NOX4的表达改变。.5. 在上述模型中应用GYY4137，转染siRNA-NOX4以及MAPK通路抑制剂PD98059后检测NOX4—ROS--MAPK--ERK1/2 通路的变化，探讨H2S抑制心肌纤维化的相关通路,揭示H2S抑制心肌纤维化的发生机制。.重要结果 .1.糖尿病大鼠心肌组织超微结构破坏；心肌纤维组织增多；细胞凋亡率增加；心脏收缩和舒张功能障碍；同时伴有心肌组织MMP2、MMP9、CollagenI和CollagenIII表达增多。给予外源性NaHS干预后，心肌组织超微结构有着显著的改善；纤维化程度降低，纤维化相关蛋白表达明显降低；凋亡比率减小；心脏舒缩功能明显改善。.2.高糖培养的乳鼠成纤维细胞迁移和增殖能力增强，NOX4表达增加，GYY4137可以抑制高糖培养乳鼠成纤维细胞的迁移和增殖，抑制NOX4的表达。.3.在高糖培养的乳鼠成纤维细胞中，给予GYY4137和siRNA-NOX4可以减少ROS的产生，减低ERK1/2的磷酸化，降低MMP2和MMP9的表达。.关键数据及其科学意义 .在DCM中，NOX4表达的增加可引起心肌纤维化的发生，其机制可能依赖于ROS-ERK1/2-MAPK通路。外源性H2S可通过调控NOX4抑制DCM心肌纤维化。