成纤维细胞生长因子23在不规则趋化因子介导的心肌纤维化中的信号转导作用

Recently we first reported that fractalkine (FKN) promotes myocardial fibrosis, the pathological basis for induction of diastolic cardiac dysfunction. Meanwhile, the newly identified fibroblast growth factor 23 （FGF23）was demonstrated to be closely associated with myocardial hypertrophy in human and mice, whereas FGF23-mediated signal molecules are related to fibrosis. However, it is completely unknown whether there are any associations between FKN and FGF23 during the pathophysiological process of myocardial fibrosis. There is evidence that the fibrosis-related signal molecules such as transforming growth factor β (TGF-β), matrix metalloproteinases (MMPs), calcinurine and Wnt/β-catenin are reported to be activated by FKN and/or FGF23. Furthermore, our preliminary experiments showed that FGF23 and its receptor FGF1 and 4 are expressed in cardiomyocytes, and FKN stimulation upregulates FGF23 expression. Accordingly, we hypothesized that FKN might promote myocardial fibrosis through Wnt/β-catenin-FGF23-calcineurin mediated signal pathways. In this project, we are going to using pathological models of cell culture and left ventricular pressure overload induced heart failure, combing with gene-targeted technique, molecular biological and cardiovascular physiological methods, to determine the role of FKN and FGF23 on myocardial fibrosis, to clarify the signal transduction between them. This study would provide new insight into the myocardial fibrosis and lead to new therapeutic target for diastolic dysfunction of heart.

我们首先报告了不规则趋化因子（FKN）促进心肌细胞纤维化，而新近发现的成纤维细胞生长因子23（FGF23）被证实与人及动物的心肌肥厚关系密切，其相关通路也与心肌纤维化有内在关联。但目前不清楚FKN促进心肌纤维化是否与FGF23有关。文献报道转化生长因子-β（TGF-β）、calcinurine及Wnt/β-catenin等与纤维化有关的信号通路可被FKN或FGF23激活。我们的预实验发现心肌细胞有FGF23及其受体的表达，FKN刺激可上调FGF23。因此，我们假设：FKN通过Wnt/β-catenin-FGF23-calcineurin等信号通路促进心肌纤维化。本项目将采用细胞培养和动物实验相结合的病理模型，运用基因打靶、分子生物学和心血管生理学等技术，证明FKN和FGF23之间的关系及相应信号转导通路，为心脏舒张功能障碍的机制提供新的见解，以便寻找治疗新靶点。

本研究中我们假设FGF23对心肌纤维化有促进作用，Wnt/β-catenin信号通路介导FKN及FGF23的促纤维化作用。采用成年小鼠心肌成纤维细胞、小鼠心肌梗死及心肌缺血/再灌注模型进行了实验，通过调整重组FGF23蛋白浓度或直接心肌内注射腺相关病毒FGF23而上调心肌内FGF23的表达水平，观察FGF23不同表达水平与细胞存活、心功能和心肌纤维化之间的关系。用β-catenin抑制剂或RNA干扰等手段进行干预，检测不同程度的β-catenin对FGF23诱导的心肌纤维化的影响，以期为FGF23干预保护心肌提供依据。主要研究内容有：不同浓度重组蛋白FGF23与成年小鼠心脏成纤维细胞纤维化的关系；小鼠心肌梗死及心肌缺血/再灌注心脏纤维化的程度与FGF23表达水平的关系及功能作用。在此基础上，我们还进行了较多的心肌纤维化、自噬、凋亡和心衰等扩展研究，共取得12项研究成果：在权威SCI杂志发表论著9篇，国家科技进步二等奖1项（排名第五），国家发明专利2项。以下为主论文内容摘要：. 背景及目的：FGF23促进心肌肥厚是目前的研究热点，但尚未对心肌纤维化进行研究。因此本项目探讨不同水平的FGF23对心肌细胞存活、心功能及心肌纤维化的影响。. 实验方法： 检测了不同处理组小鼠心肌组织FGF23表达水平，评价了FGF23过表达、β-catenin抑制剂及敲低对细胞存活、心功能和心肌纤维化的影响。. 主要结果：小鼠心肌FGF23的表达水平随心衰程度增加而上调，其受体FGFR4呈相似趋势。虽然成年小鼠的心肌细胞和成纤维细胞FGF23的表达水平较低，但在血管紧张素II、苯肾上腺素或FKN等刺激下，FGF23的表达水平显著上调。FGF23可以呈剂量依赖的方式促进纤维细胞增殖，并可以上调纤维化相关基因和蛋白的表达。在成年小鼠心肌梗死和缺血再灌注模型上得到类似的结果，心肌内过表达FGF23后可以进一步促进心肌梗死和缺血再灌注诱导的心肌纤维化和心脏舒张功能障碍，这主要与纤维化相关蛋白TGF-β和活性β-catenin的上调有关，抑制β-catenin后可以拮抗FGF23的促纤维化作用。.结论及意义：FGF23促进心肌纤维化的作用主要通过激活β-catenin来实现的，抑制FGF23的促纤维化作用将有利于心衰的治疗。