CIP调控氧化应激及其在心脏疾病治疗中的作用

Cardiovascular diseases continue to be the leading cause of death around the world and severely affect the health of Chinese population. Oxidative stress is closely related to different types of heart diseases. Excessive reactive oxygen species (ROS) produced in myocardium under disease status disrupt the normal cardiomyocyte physiology and lead to the death of cardiomyocytes. Therefore, reducing the production of ROS is one of the promising directions to treat these related heart diseases. Previously, we have identified a novel protein factor, CIP, from mammalian heart. CIP is specifically expressed in cardiomyocytes and functions as a key regulator of cardiac diseases. However, the underlying mechanism of CIP’s function is not clear. Our preliminary data for these proposal indicate that CIP regulates the ROS production in myocardium in multiple models of cardiac diseases. Furthermore, one of the interacting protein of CIP we identified is protein phosphatase Calcineurin. Based on these preliminary data, we hypothesize that CIP is an important regulator, which modulates oxidative stress in myocardium by interacting with Calcineurin and repressing its activity, and protects the heart in the cardiac injury induced by oxidative stress by reducing ROS production. To test this hypothesis, we propose a series of in vitro and in vivo experiments to determine the regulatory role of CIP in oxidative stress. We will further dissect the molecular mechanism of how it regulating ROS production. In addition, we will test whether overexpression of CIP has a beneficial effect to the heart in a model of ischemia-reperfusion. Overall, the studies of this proposal will uncover CIP as a novel regulator for oxidative stress in myocardium and provide a new entry for investigating the gene regulation network in oxidative stress. The protective effect in ischemia-reperfusion will show us the therapeutic potential of CIP in treating oxidative stress-related cardiac diseases.

心血管疾病是目前导致全球人口死亡最多的疾病，严重影响中国的人口健康。其中，心肌的氧化应激和多种心脏疾病密切相关。如何通过调控心肌在病理情况下的氧化应激是治疗相关心脏疾病的重要策略之一。我们之前的研究在哺乳动物中鉴定了一个新的心脏蛋白因子，CIP。CIP在心肌细胞中特异表达，并对心脏疾病的发生和恶化有重要的调控功能。但是我们对其中的作用机制并不了解。本课题的前期研究发现CIP与心肌中活性氧的产生密切相关。因此，我们提出：CIP是一个心肌氧化应激的重要调控因子并具有治疗与氧化应激相关心脏疾病的功能，这一科学假说。本课题将系统的研究CIP如何调控氧化应激及其分子机制，并进一步探讨CIP在治疗缺血再灌注中氧化应激引起的心肌损伤中的作用。本课题的研究结果将鉴定一个新的心肌氧化应激调控因子，为该领域研究提供新的切入点。而且，CIP在体内的治疗研究将为心脏疾病抗氧化疗法的研发提供突破口。

心血管疾病仍然是在全球范围内导致死亡人口最多的疾病。氧化应激与多种心脏病变有密切的联系，如心脏衰竭和急性心梗治疗中的再灌注损伤等。已有的研究和临床试验提示，在抗氧化治疗心脏疾病的策略中，仅仅降低活性氧簇的含量或抑制单个氧化酶可能是不足够的。在氧化应激调控信号通路的上游寻找干预靶点可能是抗氧化治疗方向一个重要的突破口。我们在先前的研究中鉴定了新的心脏疾病调控蛋白因子CIP，在本项目中，深入的研究发现CIP在多个心肌氧化应激被激活的情况中表达异常，CIP的缺失在dystrophin蛋白缺失的mdx小鼠（杜氏肌营养不良症的小鼠模型）心肌中导致大量与氧化应激相关的基因表达失调以及心肌内氧化还原状态紊乱的进一步加剧，并导致异常的心肌细胞死亡，扩张型心肌病表型和心肌纤维化的大量产生。转录组测序分析结果进一步表明，CIP的表达水平与mdx病变心肌中氧化还原反应相关基因的整体表达水平有直接的相关性。分子机制的研究发现，CIP蛋白在心肌细胞中结合细胞膜下的dystrophin蛋白和蛋白磷酸酶Calcineurin，我们这一结果首次表明CIP蛋白是心肌细胞DGC复合物的新组成成分。在信号通路的调控上，CIP蛋白通过结合蛋白磷酸酶Calcineurin并抑制Calcineurin的酶活性，进而通过Calcineurin下游的NFAT-Nox4轴调节心肌的氧化应激和心脏的病变。体内实验研究表明，腺相关病毒介导心肌特异过表达CIP能抑制Calcineurin通路下游靶标基因的表达激活以及其引起的心肌肥厚表型。在mdx小鼠中过表达CIP蛋白能够抑制心肌的氧化应激，并抑制心脏的纤维化和心功能下降。另外，在压力过负荷引发的心室重构启动后过表达CIP蛋白也能有效的抑制心肌肥厚及心力衰竭的病变进程。这些体内实验结果均提示CIP在临床心脏疾病治疗中有良好的转化前景。综上所述，本项目的研究阐明了CIP是一个重要心肌细胞特异表达的氧化应激调控蛋白因子，CIP具体通过Calcineurin-NFAT-Nox4信号通路轴调控心肌细胞在病变情况下的氧化应激反应，并在氧化应激的胁迫下保护心肌，抑制心脏的病变，为今后心肌细胞氧化应激调控网络的研究提供新的切入点，以及为治疗心脏在氧化应激下的受损病变提供新的干预靶标和策略。