转化生长因子-β1诱导心脏成纤维细胞分化的DNA甲基化调控机制研究

Myocardial fibrosis is of common pathological changes in various heart disease when develop to a certain stage and cardiac fibroblasts differentiation plays a key role in the process of myocardial fibrosis. Previous studies showed that DNA methylation affects gene expression and is closely related to the development of cancer and tissue fibrosis. However, regulation of cardiac fibroblasts differentiation by DNA Methylation is not yet clear. Our previous research found that transforming growth factor-β1 (TGF-β1) could downregulated the expression of DNA methyltransferases (DNMT) and upregulated the expression of Collagen I. DNMT-mediated DNA methylation modification is likely to be a new target for cardiac fibroblasts differentiation. In this project, rat cardiac fibroblasts differentiation will be induced by TGF-β1 and technologies such as genetically modified, RNA interference, molecular biology and epigenetic will be used. We will explore the regulation of TGF-β1 DNMT1 signal transduction mechanisms and clarify the regulation function of cardiac fibroblasts differentiation by DNA methylation. Our research will provide new insights in cardiac fibroblasts differentiation from the perspective of epigenetics and DNMT1 may be the new target for myocardial fibrosis prevention and treatment.

心肌纤维化是多种心脏疾病发展到一定阶段的共同病理改变，其中心脏成纤维细胞分化是心肌纤维化进程中的关键环节。已有研究表明DNA甲基化修饰可影响基因表达，与肿瘤、组织纤维化等密切相关，然而在心脏成纤维细胞分化过程中的调控作用尚不明确。我们的前期研究工作发现转化生长因子-β1(TGF-β1)能通过抑制DNA甲基转移酶(DNMT)进而上调心脏成纤维细胞I型胶原基因表达，因此DNMT介导的DNA甲基化修饰方式很可能是心脏成纤维细胞分化的另一重要机制。本项目通过TGF-β1诱导心脏成纤维细胞分化，以DNMT1为切入点，运用转基因、RNA干扰、分子生物学及表观遗传学等技术，探讨TGF-β1调控DNMT1的分子机制，明确DNA甲基化修饰在心脏成纤维细胞分化中的调控作用。本项目将从表观遗传学角度为心脏成纤维细胞分化的机制上提供新的认识，而DNMT1则可作为新的治疗靶点为心肌纤维化防治研究提供新的思路。

心肌纤维化是多种心脏疾病发展到一定阶段的共同病理改变，其中心脏成纤维细胞（CFs）分化是心肌纤维化进程中的关键环节。已有研究表明DNA甲基化修饰可影响基因表达，与组织纤维化等密切相关，然而在心脏成纤维细胞分化过程中的调控作用尚不明确。本研究利用大鼠心梗后心肌纤维化模型及转化生长因子β1（TGF-β1）诱导CFs分化模型，从在体及离体水平验证两种模型中α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）表达显著升高，而DNA甲基化转移酶（DNMTs）的表达及活性均受到抑制，其中DNMT1表达显著下调。同时，本研究发现在TGF-β1诱导CFs增殖分化表达α-SMA过程中，α-SMA表达可受DNA甲基化调控，通过亚硫酸氢盐焦磷酸测序本项目发现TGF-β1干预后可显著降低大鼠CFs中α-SMA启动子区中多个CpG位点的甲基化百分比。进一步通过构建了过表达DNMT1的pcDNA-DNMT1质粒以及下调DNMT1表达的siDNMT1质粒，结果发现TGF-β1通过抑制DNMT1促进CF分化和增殖并介导α-SMA启动子的DNA甲基化。为明确参与TGFβ1/DNMT1/α-SMA调控网络的信号通路，本研究利用蛋白免疫印迹检测TGF-β1及相关信号通路阻滞剂干预后相关信号通路调控蛋白的表达水平，结果表明Smad以及MAPK信号通路均参与TGFβ1/DNMT1/α-SMA调控网络，并且参与调控TGF-β1诱导的CFs增殖及分化。本项目通过 TGF-β1诱导大鼠心脏成纤维细胞分化表达α-SMA，在心脏成纤维细胞分化水平首次探讨了 TGF-β1调控 DNMT1 的信号转导机制，明确了 DNA 甲基化修饰在心脏成纤维细胞分化中的调控作用，证明TGF-β1可通过下调DNMT1 的表达并抑制其活性，使 α-SMA 基因启动子区发生 DNA 去甲基化，以DNA 甲基化修饰方式上调 α-SMA 的表达，从而诱导心脏成纤维细胞分化。本项目将从表观遗传学 DNA 甲基化修饰这一新的角度为心脏成纤维细胞的分化机制上提供新的认识，而 DNMT1 则可作为新的治疗靶点为心肌纤维化的防治研究提供新的思路。