氧化应激诱导心肌细胞自噬介导压力超负荷诱导的心肌肥厚和心力衰竭

Ventricular remodeling is implicated in the development and progression of heart failure secondary to hypertension and coronary artery disease. Our previous studies have shown that increased reactive oxygen species (ROS) mediate cardiomyocyte hypertrophy and apoptosis, which contribute to myocardial remodeling in heart failure. Recent studies have shown that cardiomyocyte autophagy is increased in heart failure. However, it remains unclear about the role of cardiomyocyte autophagy in the development and progression of heart failure. In addition, it is unknown about whether ROS mediate cardiomyocyte autophagy and its underlying signaling pathways. Our pilot study has shown that hydrogen peroxide （H2O2）mediates autophagy in adult rat ventricular myocytes (ARVM) in culture and that cardiomyocyte autophagy is increased in pressure overload-induced heart failure. In this proposal, we will use both ARVM in culture and a mouse model of pressure overload-induced myocardial hypertrophy and heart failure to test the novel hypotheses 1) that low concentrations of H2O2 induce oxidative modifications of Atg4 that mediate cardiomyocyte autophagy, which contributes to cardiomyocyte hypertrophy; 2) that high concentrations of H2O2 induce JNK activation which mediates Bcl-2 phosphorylation, resulting in an increase in Beclin expression, and that increased beclin1 expression mediates cardiomyocyte autophagic cell death, which contributes to left ventricular dilation and dysfunction. The proposed study will elucidate the mechanisms of myocardial remodeling at the molecular, cellular and animal levels and provide the novel targets for the prevention and treatment of heart failure.

心室重构常继发于高血压和冠心病在心衰的发生发展过程中起重要作用。我们的前期研究表明，心衰时增加的活性氧（ROS）介导心肌细胞(CM)肥大和凋亡，促进心肌重构。最近研究表明，心衰时CM自噬增加。然而，自噬在心衰发生发展过程中的作用，目前不清楚。另外，是否ROS介导CM自噬及其信号通路，目前一无所知。我们预实验结果提示在成年大鼠心室肌细胞（ARVM）培养模型中，过氧化氢(H2O2)诱导CM自噬，及在压力超负荷(PO)诱导心衰时CM自噬增加。本研究将采用ARVM培养模型和PO诱导心肌肥厚和心衰小鼠模型，验证这个新的假说：低浓度H2O2，诱导Atg4氧化修饰，介导CM自噬，与CM肥大有关；而高浓度H2O2，诱导JNK激活，导致Bcl2磷酸化，致使Beclin1增加，诱导CM自噬性死亡，促进左心室扩张和心功能降低。本课题拟从分子，细胞和整体水平进行研究，将阐明心肌重构的机理，为心衰防治提供新的靶点。

心室重构常继发于高血压和冠心病在心衰的发生发展中起重要作用。心衰时增加的活性氧(ROS)介导心肌细胞肥大和凋亡，促进心肌重构。近年研究表明，在生理状态下，心肌细胞自噬，在维持细胞大小和功能方面起重要作用。在心衰时，心肌细胞自噬增加。. 我们首先在大鼠心肌细胞培养模型上，采用抗氧化剂乙酰半胱氨酸（NAC）或tempol探讨了在生理条件下内源性ROS在细胞自噬调节中的作用。结果提示在生理条件下，内源性ROS，至少部分，通过抑制Akt活性而促进心肌细胞自噬流。. 外源性低浓度过氧化氢（H2O2，48h 孵育）诱导心肌细胞LC3 II/I 蛋白表达比率降低， 自噬相关蛋白Beclin1和Atg5表达降低；低浓度H2O2诱导心肌细胞降低与细胞肥大相关。高浓度H2O2（30 min 孵育）诱导心肌细胞LC3 II/I 比率增加， Beclin1和Atg5表达增加。高浓度H2O2诱导心肌细胞自噬增加与凋亡相关。. 在胸主动脉缩窄（TAC）致压力超负荷诱导心肌肥厚和心衰小鼠模型中， 结果表明，在心肌肥厚期，心肌细胞自噬降低；而在心衰期，自噬增加。自噬降低与细胞肥大相关， 而自噬增加与凋亡相关。过氧化氢酶过表达减轻心肌细胞自噬的变化。提示在心肌肥厚和心衰两个不同阶段，心肌细胞自噬的不同变化与心肌氧化应激增加有关。. 在腹主动脉缩窄(AAC)致心肌肥厚和心衰大鼠模型中，在心肌肥厚早期（AAC后24，48和72h），心肌LC3II/I 比率和Beclin1，Atg5及Atg12蛋白表达降低，ERK活性增加，氧化应激指标8-OHdG轻度增加。在心肌肥厚期（心衰前期，AAC后2周），心肌自噬增加。在心衰期（AAC后4周），心肌细胞自噬进一步增加， JNK活性和凋亡增加。抗氧化剂 NAC减轻AAC导致的心肌细胞自噬变化，改善心肌重构和心功能。. 本研究提示，在生理条件下，内源性ROS促进心肌细胞自噬流。外源性ROS，在低浓度时，介导心肌细胞自噬降低，而在高浓度时介导自噬增加。在心肌肥厚早期，轻度氧化应激介导心肌细胞自噬降低， 而在心衰期，过度的氧化应激介导自噬增加，进而导致心肌细胞凋亡。 抑制氧化应激或调节心肌细胞自噬的变化将为心衰心肌重构的预防和治疗提供新的措施。.