MicroRNAs调节H2S生成的机制及其对心肌缺血再灌注损伤的作用研究

Hydrogen sulfide (H2S) is the third novel gas signaling molecule, it is synthesized by cystathionine gamma-lyase (CSE) and play a multitude of pathological and physiological functions in the cardiovascular system. It is reported that lower endogenous levels of H2S attributable to suppression of CSE expression plays a crucial role in the pathogenesis of myocardial ischemia-reperfusion (I/R) injury. However, the molecular mechanisms leading to CSE expression and H2S levels reduction are still unclear. MicroRNAs (miRNAs) are ~22nt long, non-coding RNAs that control gene expression by inhibiting mRNA translation or promoting mRNA degradation. The present studies indicate that miRNAs are key regulatory molecules for several cardiovascular diseases and also are new targets for the treatment of diseases. The project intends to reveal the molecular mechanism of the regulation of endogenous H2S production in the heart at miRNA levels for the first time. Furthermore, we use in vitro, ex vivo and in vivo I/R model combined with CSE knockout mice to clarify the protect effect of miRNA on myocardial I/R injury by regulating the production of H2S. This study will provide a theoretical basis for the regulation of endogenous H2S generation and solve the drawbacks of exogenous H2S in dosage and toxicity issues. Meanwhile, this study will also provide new targets for the prevention of ischemic heart disease.

硫化氢（H2S）是新近发现的第三种气体信号分子，在心血管系统中主要由胱硫醚-γ-裂解酶(CSE)催化生成并发挥众多的病理生理功能。研究表明CSE表达受抑制导致H2S水平降低在心肌缺血再灌注（I/R）损伤的病理过程中起着至关重要的作用，但导致CSE表达和H2S水平降低的分子机制目前仍不清楚。miRNAs是一类长约22nt的非编码单链RNA，通过降解mRNA或抑制翻译调节靶基因的表达。研究表明miRNAs是多种心血管疾病关键调控分子，是疾病治疗的新靶点。本项目拟从miRNA的水平出发，首次揭示调控心脏中内源性H2S生成的分子机制，并通过体外、离体和在体多种I/R模型结合CSE基因敲除小鼠进一步阐明miRNA通过调控H2S生成在保护心肌I/R损伤中的作用。本研究将为调控心脏中内源性H2S生成提供理论依据，解决外源性给予H2S剂量难控制，毒性大的缺点。同时为防治缺血性心脏病提供了新的可能靶点。

心肌梗死（MI）是全球死亡的主要原因。微小RNA（miRNA）已被确定为一类新型MI损伤调节剂。硫化氢（H2S）是调节心血管功能的气体信号分子。本研究旨在探讨miR-30家族（包括miR-30a，miR-30b，miR-30c，miR-30d，miR-30e）通过调节H2S的产生来防止MI损伤的作用。结果：在大、小鼠的MI模型以及原代心肌细胞缺氧模型中，miR-30家族的表达明显上调，而胱硫醚-γ-裂解酶（CSE）的表达显著降低。体外实验证明，miR-30家族过表达可降低CSE的表达，减少H2S的产生，从而加重了缺氧心肌细胞的损伤。相反，沉默整个miR-30家族可以通过提高CSE和H2S水平来保护心肌细胞的缺氧损伤，而这种作用被CSE的siRNA所抵消。体内注射锁核酸（LNA）-miR-30家族抑制剂可以明显地增加CSE和H2S的水平，从而在建立心梗模型后，可以明显地减小梗死面积，减少梗死边缘区心肌细胞的凋亡数量，并改善梗死后的心脏功能。然而，LNA-miR-30家族抑制剂的这些心脏保护作用在CSE敲除小鼠中并不存在。此外，在体内过表达miR-30b，可以明显地减少CSE表达和H2S的生成，从而导致梗死面积和心肌细胞凋亡数量的增加，使心脏功能进一步恶化，并且这种作用可以被CSE的新调节剂-炔丙基半胱氨酸（SPRC）所拯救，或被CSE抑制剂-炔丙基甘氨酸（PAG）进一步加剧。创新与结论：我们的研究结果从miRNA的水平，首次揭示调控心脏中内源性H2S生成的分子机制，并且证明miR-30家族抑制剂具有通过增加CSE表达和H2S生成治疗缺血性心脏病的潜力，为防治缺血性心脏病提供了新的可能靶点。研究结果发表在《Antioxid Redox Signal》杂志上。项目资助发表SCI论文2篇，待发表2篇。培养博士生和硕士生各1名，均已经取得硕士学位。项目投入经费23万元，支出20.2461万元，各项支出基本与预算相符。剩余经费2.7539万元，剩余经费计划用于本项目研究后续支出。