NADPH氧化酶源性活性氧对老年小鼠心脏重构的影响及机制

Aging is one of major factors for heart failure. We and others have shown previously that reactive oxygen species (ROS) mediate left ventricular hypertrophy and dysfunction in senescent mice. Myocyte autophagy is decreased in the senescent mouse heart, but the underlying mechanisms have not been understood. Whether ROS mediate decreased myocyte autophagy and its signal transduction pathways in the senescent mouse heart remains to be elucidated. It is unknown whether NADPH oxidase-derived ROS mediate decreased myocyte autophagy，left ventricular remodeling and dysfunction in the senescent heart. In this proposal, we will use transgenic mice with cardiac-specific overexpression of catalase, NADPH oxidase subunit Nox2 knockout mice and rat ventricular myocytes in culture to test the novel hypothesis that NADPH oxidase-derived ROS induce downregulation of myocyte autophagy, leading to cardiac remodeling and dysfunction in senescent mice. The proposed study will elucidate the effects of NADPH oxidase-derived ROS-mediated myocardial remodeling and dysfunction in the senescent heart and the underlying mechanisms at the whole body, tissue, cellular and molecular levels and provide the novel theory and targets for the prevention and treatment of aging-related myocardial remodeling and heart failure.

衰老是心力衰竭的主要因素之一。我们和其他前期研究表明活性氧介导老年小鼠左心室肥厚和心功能不全。在老年小鼠心脏中，心肌细胞自噬降低，其发生机理尚未阐明。是否活性氧介导衰老心脏心肌细胞自噬功能降低及其信号传导通路，迄今尚未阐明。是否NADPH氧化酶源性活性氧介导衰老心脏心肌细胞自噬降低，左室重构和心功能不全，目前不清楚。本研究将采用心脏特异性过氧化氢酶过表达转基因小鼠，NADPH氧化酶亚单位Nox2基因敲除小鼠和大鼠心室肌细胞培养模型，验证这个新的科学假说：NADPH氧化酶源性活性氧诱导衰老心脏心肌细胞自噬下调，导致心肌重构和心功能不全。本课题拟从整体，组织，细胞和分子水平研究，将阐明NADPH氧化酶源性活性氧对衰老心脏重构和心功能不全的影响及机制，为衰老相关心肌重构和心力衰竭的防治提供新的理论依据和靶点。

衰老是心力衰竭的主要因素之一。老年小鼠心肌细胞自噬降低，其机理尚未阐明。是否NADPH氧化酶源性活性氧（ROS）介导衰老心脏心肌细胞自噬降低，心肌重构和心功能不全，目前不清楚。本研究首先采用心肌细胞特异性过氧化氢酶（CAT）过表达小鼠，探究是否心肌细胞内过氧化氢（H2O2）介导衰老心脏重构过程中心肌细胞自噬降低。结果表明，CAT过表达减轻老年小鼠心肌4-羟基壬烯醛（4-HNE，氧化应激指标）的增加，LC3 II/I 比率（自噬指标）的降低，左心室（LV）舒张末期后壁厚度的增加，改善心肌细胞功能。提示衰老心肌细胞内H2O2介导心肌细胞自噬降低，进而导致心肌肥厚和心肌细胞功能降低。在离体大鼠心肌细胞培养模型上，低浓度H2O2（10 µM 或50 µM）诱导心肌细胞自噬降低，并与ERK激活和心肌细胞肥大有关。. 其次，采用NADPH氧化酶Nox2基因敲除小鼠，探究是否NADPH氧化酶源性ROS介导衰老心肌细胞自噬降低和心肌重构。结果表明，Nox2 基因敲除减轻老年小鼠4-HNE和NADPH氧化酶活性增加和心肌肥厚。特异性Nox2抑制剂gp91ds-tat减轻老年心肌细胞LC3II/I比率的降低。提示Nox2源性ROS介导老年心肌细胞自噬降低，导致心肌重构。内皮素（ET-1）在老年心肌重构中起重要作用。缺氧和ROS与心肌细胞肥大有关。在大鼠心肌细胞培养模型上，缺氧或ET-1（10 nM， 24h）诱导LC3II/I和自噬相关蛋白Atg4b和Atg5表达降低， 抗氧化剂乙酰半胱氨酸和NADPH氧化酶抑制剂Apocynin减轻自噬的降低。. 进一步观察抗氧化剂EUK134（超氧岐化酶和过氧化氢酶双功能化合物）对衰老心脏心肌重构和心肌细胞自噬的影响。结果表明， 老年小鼠（20个月龄）LV舒张末期室壁厚度增加和 LC3 II 表达降低。EUK134治疗4个月后，心肌LC3II和自噬相关蛋白Atg12 表达增加，心肌肥厚明显减轻。提示抗氧化剂促进老年小鼠心肌细胞自噬恢复，逆转心肌肥厚。上述研究结果提示抗氧化剂或NADPH氧化酶抑制剂可预防衰老心脏心肌细胞自噬下调，进而改善心肌重构。此外，我们发现NADPH氧化酶抑制剂apocynin改善心脏交感神经末梢功能。Apocynin预防心衰时心肌神经生长因子下调，进而减轻心肌细胞凋亡，改善心功能。