转化生长因子III型受体（TβRIII）保护多柔比星导致的心脏毒性机制研究

Doxorubicin is one of the most effective antitumor agents in clinical, however, its clinical application is often limited by severe cardiotoxicity. Therefore, it is important to elucidate its cardiotoxicity mechanism and to investigate its protective factors. Type III transforming growth factor-β receptor (TβRIII) is the most abundant TGF-β co-receptor in many cell types. We and others' research have confirmed its expression in heart and it plays an important regulatory role in cardiac hypertrophy and myocardial fibrosis. Our preliminary data have shown that overexpression of TβRIII could significantly protect the cardiac function against the doxorubicin-induced cardiac injury, and improve the survival rate of mice and reduce the apoptosis of cardiomyocyte in cardiac-specific overexpression TβRIII transgenic mice. Therefore, we hypothesis that TβRIII protects against doxorubicin-induced cardiac apoptosis. We plan to use cardiac-specific overexpression TβRIII transgenic mice and cardiac-specific knockdown TβRIII mice, to explore the molecular mechanism through which TβRIII protects against doxorubicin-induced cardiac apoptosis in vitro and in vivo by the technologies including molecular biology, immunohistochemistry and confocal microscopy, etc. The present proposal will firstly demonstrate that TβRIII is a critical regulator in cardiac apoptosis, and will certainly expand our understanding on the role of TβRIII in regulating cardiacmyocytes apoptosis and provide a novel intervention target.

多柔比星是临床最有效的抗肿瘤药之一，然而严重的心脏毒性往往限制其临床用药，因此阐明其心脏毒性机制及其保护因子尤为重要。转化生长因子III型受体（TβRIII）是TGF-β家族中一类广泛表达的受体，我们和他人的研究证实其在心脏表达，且在心肌肥厚和心肌纤维化中发挥重要的调节作用。我们在前期研究中，通过构建心脏特异性过表达TβRIII小鼠，发现过表达TβRIII可显著改善多柔比星引起的心功能损伤，提高小鼠生存率，并减少心肌细胞凋亡。因此，我们假设TβRIII具有保护多柔比星引起心肌细胞凋亡作用。我们将应用心脏特异性过表达TβRIII转基因小鼠，及心脏特异性敲减TβRIII小鼠，采用分子生物学、免疫组织化学、激光共聚焦等实验手段，在体内和体外探讨TβRIII抗多柔比星诱导心肌细胞凋亡的分子机制。该研究首次探讨TβRIII抗心肌凋亡的作用及其分子机制，为多柔比星心脏毒性的防治提供理论依据和防治靶点。

心血管毒性是癌症治疗引发的不良反应中最常见的一种，是影响癌症患者生存率的重要因素。结合之前的研究背景，我们以心肌细胞特异性过表达TβRIII的转基因小鼠（Tg）为研究对象，构建多柔比星诱导的心脏损伤模型，试图探讨心脏特异性过表达TβRIII对多柔比星导致的心脏损伤的作用及机制。结果表明：1）在尾静脉注射多柔比星小鼠的心脏组织中，TβRIII的蛋白表达量显著降低，并且这种降低呈时间依赖性和浓度依赖性2）无论在多柔比星诱导的长期慢性模型（累积剂量20mg/kg，8周）或短期急性模型中（20mg/kg，7天），心肌细胞特异性过表达TβRIII的Tg小鼠生存率都显著高于野生型小鼠（WT）。3）超声结果提示，短期急性模型和长期慢性模型中，Tg小鼠的心功能均显著好于WT小鼠，且多柔比星引起的WT小鼠血浆中乳酸脱氢酶（LHD）的表达水平的升高也得到部分缓解。在长期慢性模型中，与WT小鼠相比，多柔比星引起的心腔容积增大在Tg小鼠中也得以明显改善。4）心肌细胞特异性过表达TβRIII保护多柔比星导致的心脏损伤的主要作用是通过减少心肌细胞凋亡来实现的。而对心肌细胞TβRIII进行特异性敲减可加重多柔比星引起的细胞凋亡。5）心肌细胞特异性过表达TβRIII可抑制小鼠心肌细胞的线粒体损伤，减少多柔比星引起的线粒体肿胀，部分恢复线粒体膜电位，缓解多柔比星引起的线粒体呼吸功能障碍。6）心肌细胞特异性过表达TβRIII减少线粒体损伤的机制可能与减少了多柔比星引起的细胞自噬相关。综上所述：本课题首次证明多柔比星可降低心肌细胞中TβRIII的表达水平，而心肌细胞特异性过表达TβRIII可以通过抑制细胞凋亡的方式缓解心肌细胞毒性，其机制与保护线粒体损伤，抑制多柔比星引起的心肌细胞自噬有关。本课题的研究不仅丰富了TβRIII在心肌细胞中的作用及调控网络，更进一步为蒽环类化疗药物引起的心脏毒性提供了新的干预靶点。