心肌肥厚的相关研究近况精要课件

心肌肥厚基础与临床 青岛大学医学院附属医院 资料背景 随着人们饮食结构的改变 心血管疾病的发病率呈现逐年上升的趋势 以冠心病 重度心力衰竭为代表的心血管疾病已经成为致死的主要原因现有研究已经公认 心肌肥厚是心衰的前期病变 是心衰 脑卒中 冠心病 猝死等的独立危险因素 病理性心肌肥厚能够导致心功能受损 是心力衰竭及心源性猝死的主要预测因子 心肌肥厚 定义 心肌肥厚是心脏对压力 容量超负荷等应激反应的一种长期 慢性的代偿机制 是由多种神经体液因素介导 体内多种细胞信息传导途径及基因表达参与调节的复杂病理生理过程 通常所说的心肌肥厚指病理性心肌重构 remodeling 分类 结构性重构 功能性重构 电生理重构 生化重构 病理表现 病理表现 分子学水平原癌基因 如c jun c los c myc 的诱导表达 热休克蛋白基因HSP70的表达以及蛋白合成的增加 microRNA对靶基因调控作用的改变 细胞学水平心肌细胞的功能异常 如收缩蛋白等 数量减少 如凋亡 自噬 细胞外间质改变 形态学水平心肌细胞蛋白合成增加 神经体液因素刺激体积增大 直径增宽或长度增加 心肌肌节数量增多 纤维组织增生 那么什么因素可以诱发心肌肥厚呢 心肌肥厚的刺激因素 机械牵张是心肌肥厚最重要的始动因素 它可以从心肌细胞 局部心肌和整体心肌水平激活其基因表达 机械牵张引起一些活性肽 及其他生长因子等的合成和释放 并且在转录水平调节一些即刻早期反应基因的表达 能直接诱导心肌蛋白质合成 使心肌细胞体积增大 压力负荷可以通过儿茶酚胺诱导心肌肥厚 也可以通过增加局部神经体液因子或通过跨膜的细胞外基质受体将刺激信号导入细胞内激活心肌肥厚相关信号通导致心肌肥厚 缺血 缺氧 一氧化氮 NO 缺乏及各种炎症因子均可导致心肌细胞的应激反应 从而产生心肌肥厚 临床诊断依据 形态学依据 分子机制 大体形态学 微观形态学 生化标记物 实验方法 构建心肌肥厚动物模型 压力超负荷法 容量负荷法 心肌梗死导致心肌肥厚 激素诱导法 主动脉缩窄法 自发性高血压大鼠 肾型高血压大鼠 动静脉造瘘法 DOCA盐敏感性高血压大鼠 诱导肺动脉高压致右心室肥厚 压力超负荷法 主动脉缩窄法 依据部位不同缩窄主动脉分为胸主动脉缩窄和腹主动脉缩窄胸主动脉缩窄由于要打开胸腔 需要准备动物呼吸机 胸主动脉缩窄法缩窄的部位可选择在升主动脉 主动脉弓 腹主动脉法缩窄王彦珍等对该方法进行了优化 相比传统切口手术创伤小 不易造成腹腔感染等 存活率达l00 王彦珍 孙胜 蔡莉蓉 等 大鼠腹主动脉狭窄高血压心肌肥厚模型的优化 J 军医进修学院学报 2004 25 3 231 压力超负荷法 主动脉缩窄法 该方法具有动物死亡率低 模型成功率高 可重复性好以及大鼠的心肌肥厚形成时间短等特点 是目前应用最广泛的制作心肌肥厚动物模型的方法 动物模型构建成功后 有什么评定指标可以证实心肌肥厚模型构建成功呢 实验方法 评定指标 心肌组织总RNA的提取RNA鉴定和定量 形态学依据 大体形态学 微观形态学 大鼠心脏超声检查 左心室质量指数 LeftventricularmassindexLVMI 左心室心肌细胞超微结构 生化标记物 统计学分析 实验方法 分组处理 假手术组心肌肥厚模型组药物干预组 心肌肥厚机制的相关研究 Jak STAT信号通路低分子GTPases Ras RhoA和Racl PKC信号通路G蛋白家族GMAPK信号通路Ca2 及其依赖的信号通路wnt信号通路AMPKmiRNA 什么是miRNA miRNAs是近年来发现的一组高度保守的小的非编码RNA 大小约18 25个核苷酸 能在转录后调节基因表达 绝大多数miRNAs基因在RNA聚合酶 的作用下形成较长的茎环结构 称为初级miRNAs primarymiRNAs pri miRNAs pri miRNAs在Drosha DGCR8复合物的作用下形成长度约60 70个核苷酸的发夹状RNA 称为前体miRNAs precursormiRNAs pre miRNAs miRNA的主要调控方式 miRNAs复合体在解螺旋酶的作用下分离 其中一条链装配人RNA诱导的沉默复合体 RNA inducedsilencingcomplex RISC 与靶mRNA的3 非翻译区 3UTR 结合到位于胞浆的Pbody processingbody 中 通过抑制转录或降解mRNA来下调特定mRNA的蛋白表达 如果miRNAs与靶mRNA匹配完全 则该复合体降解靶mRNA 若两者序列部分匹配 尤其是miRNAs的5 端2 8个被称为种子序列 seedsequence 的核苷酸与靶mRNA匹配完好 则通过抑制靶mRNA的翻译来沉默特定基因 miRNA的其他调控方式 此外 某些miRNAs 如miR16能够特异性地结合到某些基因3 UTR的富含AU元件 AU richelement ARE 指导Ago2等组成RISC的蛋白与三磷酸胸苷 TTP 结合 从而改变相应mRNA的半衰期 加速靶mRNA降解 miRNAs主要是下调基因表达 但某些情况下 它们也可以通过负性调节抑制基因表达来增加目的基因的表达 同样的miRNAs在不同的细胞类型或不同的疾病状态下可以调控不同的靶点 miRNA研究的生理学意义 早有研究证明 miRNAs参与了很多病理生理过程 如骨骼肌细胞的增殖与分化 造血干细胞的分化以及肿瘤的发生 生物信息学分析表明 每个miRNAs能够调节上百个不同的靶点 因此 miRNAs可能参与了所有的生理过程 BernsteinE KimSY Carmel1MA eta1 Dicerisessentia1formousedevelopment J NatGenet 2003 35 3 215 217 miRNA研究的病理学意义 研究还表明 基因敲除体内在miRNAs成熟过程中必须的Dicer酶会导致小鼠发育停滞 敲除斑马鱼体内的Dicer酶会导致异常表型 小鼠Dicer酶敲除后心脏表型与临床上扩张型心肌病和心力衰竭患者的心脏表型很相似 这证明在动物的发育及部分病理过程中miRNAs是必须的 GiraldezAJ CinalliRM GlasnerME eta1 MicroRNAsregulatebrainmorphogenesisinzebrafish J Science 2005 308 5723 833838 miRNA 心肌肥厚 miRNAs的表达谱分析及通过动物模型对特定miRNAs的研究发现 miRNAs在心脏发育及病理状态下起着不同的作用 对心肌肥厚动物模型miRNAs的表达谱变化已有多篇报道 vanRooij等首先报道了病理性压力负荷导致心肌肥厚时miRNAs的表达会发生变化 他们分析了186miRNAs 发现在胸主动脉缩窄 transverseaorticconstriction TAC 及钙调蛋白A转基因小鼠两个模型中 相较生理状态 存在miRNAs含量的改变 其中均下调的miRNAs有7个 均上调的miRNAs有21个 vanRooiiE SutherlandLB uN eta1 Asignaturepatternofstress responsivemicroRNAsthatcanevokecardiachypertrophyandheartfailure J ProcNatlAcadSciUSA 2006 103 48 18255 18260 miRNA改变对心肌肥厚的意义 在心肌肥厚时均上调的miRNAs 能够诱导细胞的肥厚表型变化 其中过表达上调的miRNA能导致病理性心肌重构及心力衰竭 过表达心肌肥厚时下调的miRNA则能导致心肌细胞表面积的减小 与心肌肥厚相关的miRNA Cheng等发现在心脏中有157种miRNAs 其中64种有较高表达 包括miR 1 let 7 miR 133 miR 126 3p miR 30c以及miR 26a 时间一效应分析显示 在胸主动脉缩窄后7d 有102种miRNAs的表达发生明显变化 其中有50种上调 52种下调 ChengY JiR YueJ eta1 MicroRNAsareaberrantlyexpressedinhypertrophicheart dotheyplayaroleincardiachypertrophy J AmJPathol 2007 170 6 1831 1840 与心肌肥厚相关的miRNA 尽管由于技术或模型的不同 在这些报道中变化的miRNAs不尽相同 但有些miRNAs在很多研究中都发现有明显的异常表达 提示它们在心肌肥厚病理过程中可能发挥着明确的作用 如miR 1 miR 133 mir 29 miR 30 miR 150在心肌肥厚时下调 而miR 21 miR 23a miR 125 miR 195在心肌肥厚时上调 miR一1 miR一133 两种经典的生理性心肌肥厚模型的心房肌及心室肌中的miR 1 miR 133都出现下调 提示 无论病理性肥厚还是生理性肥厚 miR 1和miR 133都可能在心肌肥大中发挥了作用 有研究表明 心肌细胞通过腺病毒载体过表达miR 133a 2能抑制PHE phenylephrin 苯肾上腺素 导致的心肌细胞肥厚表型变化 在体实验中 给与能够沉默miR 133的反义RNA寡核苷酸能够导致心肌肥厚 证明miR 133确实在介导心肌肥厚中扮演着重要的角色 BrownJH De1ReDP SussmanMA TheRacandRhohalloffame adecadeofhypertrophicsignalinghits CircRes 2006 98 6 730 742 miR一1 miR一133 Sayed等发现 miR 1对压力负荷最为敏感 TAC后1d 心肌组织中miR 1的表达即降低 7d达最低谷 14d时恢复到基线水平 生物信息学预测Ras蛋白三磷酸鸟苷酶活化蛋白 RasGTPase activatingprotein RasGAP 细胞周期蛋白依赖激酶9 cyclin dependentkinase9 Cdkg 脑富集的Ras蛋白同源体 Rashomologenrichedinbrain Rheb 及纤连蛋白 fibronectin 可能是miR 1的靶基因 目前 对生理性心肌肥厚中miRNAs的功能研究还比较少 有限的报道提示肌肉特异性miR 1及miR 133在生理性心肌肥厚时亦下调 SayedD HongC ChenIY eta1 MicroRNAsplayanessentialroleinthedevelopmentofcardiachypertr0phy J CircRes 2007 100 3 416424 miRNA的研究前景 寻找特异性miRNAs的目的基因对于了解心肌肥厚分子的发生机制是必