Orai1在心肌肥大能量代谢重构中的作用与机制

Cardiac hypertrophy is an independent risk for heart failure and sudden death. Development of cardiac hypertrophy and eventual progression to heart failure entails a profound reprogramming of cardiac energy metabolism. Yet, relatively little is known about the complex molecular regulatory events involved in the remodeling of metabolism in heart during hypertrophy. Recently, it has been reported that activation of HIF1α-PPARγ axis underlies the integration of glycolytic and lipid anabolic pathways, resulting in lipid accumulation and heart failure. Orai1 mediates store-operated ca2+ entry (SOCE) and underlies the lipid homostasie. We recently found Orai1 is an important regulator involved in the hypertrophic growth of cardiomyocytes. In our pilot study, we observed that Orai1 knockdown significantly decreases phenylephrine-induced accumulation of neutral lipid and HIF1α and PPARγ in cardiac myocytes in culture. Based on these findings, here we postulate that Orai1 contributes importantly to metabolic remodeling in pathological cardiac hypertrophy. To test this hypothesis, we will address the following questions in vitro and in vivo: ①Whether Orai1 contributes to hypertrophy-induced lipid accumulation, apoptosis, and contractile dysfunction? ②Whether Orai1 promotes hypertrophy-induced lipid accumulation via glucose-to-lipid conversion? ③Whether Orai1 regulates glucose-to-lipid conversion via HIF1α-PPARγ axis? Together, current project not only explores the molecular mechanisms of metabolic remodeling, but also might provide novel drug targets for treatment or prevention of pathological cardiac hypertrophy and failure.

心肌肥大是独立的心血管危险因素，最终导致心力衰竭，猝死。心肌肥大及其向心衰发展过程中伴随着一系列“能量代谢重构”，其分子机制知之甚少。Orai1介导钙库释放激活的Ca2+内流，与脂质稳态密切相关。申请者前期发现Orai1在心肌肥大中具有重要的促进作用，目前初步证实抑制 Orai1下调心肌肥大时脂质累积、HIF1α与PPARγ蛋白水平。因此，我们提出：Orai1可能在心肌肥大能量代谢重构致脂质堆积过程中起到重要的调控作用。围绕此假设，本项目拟在分子、细胞、动物水平探讨以下三个科学问题：① Orai1是否参与心肌肥大脂质堆积、细胞凋亡和心功能碍？② Orai1是否调节心肌肥大能量代谢重构中“糖-脂”转变致脂质堆积的代谢过程? ③ Orai1是否通过HIF1α-PPARγ信号通路调控心肌肥大“糖-脂”转变？本项目力求阐述心肌肥大能量代谢重构的分子机制，为心肌肥大与心衰的防治提供新的药物靶点。

心血管疾病已是人类的头号杀手，心力衰竭是诱发心血管疾病死亡的第一原因，心肌肥大是慢性心衰发生发展的独立危险因素。本研究立足于心肌肥大过程中能量代谢重构的调控，发现Orai1是新的重要能量代谢重构调节因子，主要研究内容与结果如下：.1、Orai1在小鼠心肌细胞肥大、小鼠主动脉狭窄（TAC）/苯肾上腺素（PE）诱导心肌肥大模型、人肥厚型心肌中表达异常升高，Ad-Orai1 shRNA/Ad-Orai1G98A感染原代心肌细胞或注射小鼠心室室壁，可减轻PE诱导的心肌肥大、脂质堆积、细胞凋亡，进而改善心脏收缩功能。.2、Orai1-NAFT正向调控PE诱导心肌肥大过程中糖酵解水平的升高，Orai1 shRNA/Orai1G98A可降低葡萄糖转运蛋白（GLUT1）、糖酵解关键酶（HK2、PFKM、PKM2）、转录因子（HIF1α、MYC、IRF4）的表达水平，进而降低乳酸的含量。.3、Orai1-HIF1α-PPARγ促进“糖-脂”转变、甘油三酯合成，Orai1 shRNA/Orai1G98A可降低脂肪酸受体（CD36）、关键酶（GPD1、GPAT1）、转录因子（PPARγ）的表达水平，降低HIF1α与PPARγ活性，降低GAPDH酶活力、DHAP含量、GPD1与GPAT1酶活力。.在此基础上，围绕心血管疾病的防治进一步拓展相关研究，成果如下：.1、Orai1-NFAT轴促进低氧诱导的血管形成。.2、建立起超高效液相色谱-串联质谱联用系统（UPLC-MS/MS）用于心肌肥大过程中代谢组学的分析，并发现糖酵解过程中的重要代谢产物丙酮酸的酯类衍生物即丙酮酸乙酯可有效地抑制动脉粥样硬化过程中NLRP3炎症小体的活化与斑块的形成。.3、凝血酶介导的凝血级联反应在心衰的进展中起关键作用，利用生物电子等排原理对临床药物利伐沙班进行结构改造，获得了活性更好的噁唑酮类凝血因子Xa抑制剂，为心力衰竭提供更安全有效的潜在治疗药物。. 4、心衰与慢性肾病常合并存在，相互作用，miR-135a可促进糖尿病肾病的肾纤维化过程，为心肾综合症的防治提供新的潜在靶点。.本课题的揭示了Orai1调控心肌肥大能量代谢重构的作用与分子机制，并从动脉粥样硬化、凝血、肾纤维化方面为心衰与心血管疾病的防治提供多种新的线索。. 已发表核心期刊2篇，SCI论文3篇，正在投稿1篇，数据整理1篇。