基于表观遗传修饰Nrf2/ARE通路研究萝卜硫素预防血管紧张素II引起的心肌损伤

Angiotensin II (AngII) is thought to play important role in the pathogenesis of many kinds of cardiomyopathy. Oxidative stress is considered as the predominant initiator of AngII-induced cardiomyopathy. Recently the failure of large clinical trials using exogenous antioxidants for the treatment of cardiovascular disease suggests that activation of endogenous antioxidant defences is the most effective strategy. The nuclear factor-erythroid 2-related factor (Nrf2) up-regulates the transcription of multiple antioxidant genes, which compose of the endogeneous antioxidant defense via binding to the antioxidant response element (ARE). In our previous studies, we demonstrated that long time treatment of subpressor dose of AngII significantly induced the cardiac oxidative damage, accompanied with the inactivation of Nrf2/ARE. In a separate project, we found that, sulforaphane (SFN), as Nrf2 activator prevented AngII-induced oxidative damage in H9c2 cells, along with hyperacetylation and inhibition of the DNA methyltransferases expression. Based on these findings we hypothesize that epigenetic up-regulation of Nrf2/ARE pathway by sulforaphane prevents Angiotensin II induced-cardiomyopathy Nrf2 is a potential therapeutic target for the prevention of AngII-induced cardiac damage. To test our hypothesis, we observe whether SFN can prevent AngII-induced cardiac oxidative damage and dysfunction; evaluate Nrf2/ARE activation as well as methylation and acetylation in Nrf2 promoter. This project will provide scientific evidences for targeting Nrf2/ARE pathway or usage of SFN to prevent AngII-induced cardiac oxidative damage and dysfunction in clinics.

血管紧张素II（AngII）参与多种心肌病的发生和发展，氧化应激是其主要致病因素。目前外源性抗氧化剂的临床应用失败，提示调动内源性抗氧化防御机制是防治AngII心肌损伤最为有效的手段。核因子E2相关因子 2 （Nrf2）通过与抗氧化反应元件（ARE）结合，上调多种抗氧化基因的转录，构成内源性抗氧化防御系统。前期研究发现：长期低剂量AngII刺激引起心肌损伤伴随Nrf2/ARE功能下调；Nrf2 激动剂萝卜硫素（SFN）抑制AngII引起的H9c2细胞氧化损伤，伴有乙酰化水平增高及DNA甲基转移酶下调。故推测SFN能够表观遗传修饰Nrf2/ARE通路，持续激活内源性抗氧化系统，预防AngII引起的心肌损伤。为此，我们观察SFN对AngII慢性心肌损伤的保护作用，心肌Nrf2/ARE通路及Nrf2启动子区甲基化和乙酰化的变化。为临床防治AngII相关的心肌损伤提供新的靶点和手段。

血管紧张素II（Angiotensin II，AngII）作为是肾素-血管紧张素系统的主要效应肽，在众多心肌病的发生发展中起着关键的促进作用。氧化应激是AngII引起心肌损伤的主要致病因素。目前针对阻断AngII产生和作用的药物，由于其明显的副作用或疗效不稳定性，在一定程度上限制了临床应用；而外源性给予单一抗氧化剂或非选择性的清除活性氧簇在心血管疾病治疗中是无效、甚至是有害的。提示我们，调动体内自身的内源性抗氧化防御系统将是治疗AngII引起心肌损伤最为有效和安全的手段。核因子E2相关因子 2 （Nuclear factor erythroid 2-related factor，Nrf2）是机体内最重要的抗氧化应激调节因子，其调动体内上百种抗氧化基因、II相解毒酶和细胞保护蛋白，构成机体最为重要的抗氧化防御机制。从十字花科蔬菜中提取的安全无毒副作用的萝卜硫素（Sulforaphane，SFN）是Nrf2激动剂。基于前期研究发现，长期小剂量的AngII刺激引起心肌损伤伴随出现Nrf2/ARE功能下调；SFN抑制AngII引起的心肌成纤维细胞氧化损伤，伴随乙酰化水平增高及DNA甲基转移酶下调。故我们推测：Nrf2激动剂SFN通过表观遗传学修饰持续上调Nrf2/ARE通路的活性，调动内源性抗氧化防御系统，可以有效预防AngII引起的心肌氧化损伤和心肌病。.研究结果：隔日皮下注射小剂量AngII成功建立了AngII心肌损伤模型，在不引起血压变化的情况下，诱导小鼠心肌炎症、氧化损伤、心肌纤维化及心肌肥大和心功能降低，即小鼠心肌病的发生。皮下注射SFN能够通过预防上述损伤的出现，并伴随着Nrf2表达及活性的增加。心脏特异性高表达Nrf2（Nrf2-TG）小鼠表现出抵抗AngII慢性刺激造成的心肌损伤；而Nrf2基因敲除（Nrf2-KO）小鼠表现出更为严重的心肌损伤，且在Nrf2-KO小鼠中，SFN丧失对心肌损伤的保护效应。在表观遗传修饰水平上，发现SFN通过抑制HDACs的表达和活性促进Nrf2启动子区组蛋白H3的乙酰化，以及抑制DNMTs的表达和活性降低Nrf2启动子区CpG甲基化，上调心肌Nrf2表达与活性的分子机制。本课题的研究将为临床预防和治疗AngII相关的心肌损伤和心肌病提供新的靶点和思路，为Nrf2激动剂用于临床心肌病的防治奠定理论和实验基础。