5-脂氧合酶在压力负荷诱导心肌重构中的作用及机制研究

In Xinjiang, hypertension is the most common underlying cardiovascular disease in patients with heart failure, and cardiac remodeling caused by it is the key process of heart failure. 5-lipoxygenase (5-LOX) is the rate-limiting enzyme in the synthesis of leukotrienes, and the relationship between 5-LOX and cardiac remodeling caused by hypertension has not been elucidated. Our previous study showed that 5-LOX is involved in cardiac remodeling induced by pressure-overload in mice. However, the specific mechanisms remain unclear. We aim to observe the phenotype of cardiac remodeling induced by pressure-overload in vivo on 5-LOX knockout mice and 5-LOX heart-specific transgenic mice. We will further investigate oxidative stress levels and related protein expression, and cellular signaling pathways including NF-κB, MAPKs, Akt, Wnt, Calcineurin/NFAT and TGFβ/Smad in myocardial tissue to clear the underlying mechanisms of 5-LOX in cardiac remodeling. In addition, we also investigate the effect of 5-LOX on cardiomyocytes hypertrophy, cardiac fibroblasts collagen synthesis and its molecular mechanism in vitro on primary neonatal rats’ cardiac myocytes and cardiac fibroblasts with silenced or overexpressed 5-LOX. These studies are designed to provide new targets for the prevention and treatment of heart failure.

新疆心衰患者最常见的基础心血管病是高血压，其引起的心肌重构是心衰发生发展的关键过程。5-脂氧合酶（5-LOX）是白三烯合成的限速酶，它与高血压引起心肌重构的关系目前仍不清楚。我们前期发现5-LOX参与了压力负荷诱导的小鼠心肌重构和心功能变化，但机制未明。本项目研究分为两部分：①应用5-LOX基因敲除和5-LOX心脏特异性转基因小鼠，在体观察5-LOX对压力负荷诱导心肌重构表型的影响，并检测心肌组织氧化应激水平和相关蛋白表达以及NF-κB、MAPKs、Akt、Wnt、Calcineurin/NFAT、TGFβ/Smad等信号通路改变；②应用沉默和过表达5-LOX基因的新生大鼠心肌细胞和心肌成纤维细胞，离体探讨5-LOX对心肌细胞肥大和心肌成纤维细胞胶原合成的影响及相关信号通路改变。以期阐明5-LOX在高血压引起心肌重构中的作用及机制，为心力衰竭防治提供新线索。

心肌重构是高血压病、冠心病、瓣膜病等多种心血管疾病发展为心力衰竭的关键病理生理过程。其中压力负荷诱导的心肌重构是导致心力衰竭的重要诱因，但目前针对压力负荷诱导的心肌重构的临床防治策略和患者预后不容乐观。因此，深入研究压力负荷所致心肌重构和心衰的分子机制，提出有效的干预措施对于临床心衰的防治具有重要意义。本研究项目在研究团队既往心肌重构的基础上，明确5-脂氧合酶（5-Lox）在临床心衰心肌样本、主动脉缩窄（TAC）术后小鼠心肌组织和血管紧张素II（Ang II）刺激的离体新生大鼠心肌细胞中均表达上调；其次，本研究发现5-Lox基因敲除后减轻TAC诱导的小鼠心肌肥厚和心肌纤维化，而5-Lox基因在体过表达加重压力负荷小鼠的心肌重构和心衰进程，但自体骨髓移植小鼠对TAC术后小鼠的心肌重构无影响；同样地，离体新生大鼠心肌细胞中敲低5-Lox基因可减轻Ang II诱导的心肌细胞肥大，而5-Lox基因过表达加重Ang II诱导的离体心肌细胞肥大，我们同时发现在体或离体干预5-Lox基因对压力负荷小鼠心肌组织炎症和巨噬细胞浸润无影响；随后，我们深入探究了5-Lox对压力负荷小鼠心肌重构作用的分子机制，蛋白免疫共沉淀联合质谱分析（IP-MS）结果显示，心肌细胞中5-Lox直接与转录因子Runx2相互作用，同时刺激Runx2发生液-液相分离，进而促进Runx2的转录效能。为了确定Runx2的靶基因，RNA-seq和Cut tag分析发现，Runx2直接与EGFR的启动子区域相互作用，相分离的Runx2促进EGFR的转录过程，最终引起压力负荷小鼠心肌肥厚和纤维化。相反，Runx2敲低可消除5-Lox对压力负荷小鼠心肌重构的恶化作用。因此，本研究揭示了5-Lox基因敲除对压力负荷小鼠心肌重构的保护作用，并阐明5-Lox主要通过促进Runx2发生液-液相分离和EGFR的转录水平调控压力负荷诱导的心肌重构，为临床心肌重构和心衰患者的干预提供新思路。