含黄素单氧化酶(FMO2)对心肌梗死后心肌细胞存活的作用及机制研究

Myocardial infarction (MI) is a major cause of heart failure. How to effectively manipulate cardiac dysfunction is a key scientific issue in the field of cardiovascular research. Recent studies show that cardiomyocytes are the pre-dominant cell type in the adult heart, and contribute largely to cardiac injury post MI. However, the detailed molecular mechanism is still unknown. Our preliminary study showed that the expression of cardiac flavin containing monooxygenase-2 (FMO2) is significantly reduced after MI and cardiomyocyte mitochondria can express FMO2. In vitro over-expression of FMO2 by lentivirus can prevent reactive oxygen species (ROS) production of cardiomyocyte induced by hypoxia and serum-free injury. In vivo intramyocardial injection with FMO2 shRNA lentivirus can down-regulate the expression of FMO2 in heart tissue, induce cardiac dysfunction, collagen accumulation, and cardiomyocyte apoptosis increment, as well as p-ERK signal pathway activation, indicating that cardiomyocyte oxidative stress mediated by FMO2 may play an important role in cardiac injury post MI. Therefore, based on our previous work, our project will evaluate the effect of mitochondria FMO2 on cardiac survive post MI and investigate the signal pathway using multiple molecular biological methods and transgenic animal models. The aim of our project is to clarify a novel mechanism of cardiac survive regulated by FMO2 and provide potential intervention targets for cardiac dysfunction treatment.

心肌梗死是导致心力衰竭的主要原因。如何有效干预心梗后心功能不全是心血管研究领域的关键科学问题。提高心梗后心肌细胞存活是促进心功能恢复的关键因素，但其分子生物学机制尚未完全揭示。本项目前期工作发现心梗后心脏组织含黄素单氧化酶2（FMO2）含量显著降低，进一步研究提示心肌细胞线粒体可表达FMO2。体外心肌细胞过表达FMO2可明显抑制缺氧缺血清诱导的活性氧（ROS）产生。FMO2 干扰慢病毒经心肌注射可下调心脏FMO2表达，导致心功能受损，心肌细胞直径增大，心肌细胞凋亡增加，并伴有p-ERK 通路激活，提示线粒体FMO2 所介导的心肌细胞氧化应激可能在心梗后心肌存活过程中扮演重要角色。因此，本项目拟在前期工作基础上，采用多种分子生物学和转基因动物模型，深入研究FMO2 对心梗后心肌存活的调控作用及信号通路，从新的角度阐明心梗后心肌存活的分子机制，为心梗后心脏功能恢复提供新的理论依据和潜在干预策略

心肌梗死是导致心力衰竭的主要原因。如何有效干预心梗后心功能不全是心血管研究领域的关键科学问题。提高心梗后心肌细胞存活是促进心功能恢复的关键因素，但其分子生物学机制尚未完全揭示。通过转录组分析，我们确定含黄素单氧化酶2（FMO2）是心肌梗死发病过程中最重要的基因之一。在本研究中，我们利用腺相关病毒（AAV9）在雄性SD大鼠中过表达FMO2（AAV-FMO2）或敲减FMO2（AAV-shFMO2），并建立心肌梗死模型，探讨了FMO2在缺血性损伤中的作用及其可能的机制。我们检测了模型的心功能、纤维化和细胞凋亡，并探讨相关的细胞和分子机制。在体外实验和体内实验中，我们均发现心脏缺血损伤与FMO2水平的显著增加相关。在大鼠心肌梗死后，FMO2表达水平的下降显著增加了心肌细胞凋亡和心功能的恶化，并伴随着梗死面积的增大，而FMO2的高表达则显示了相反的结果。在机制研究方面，我们发现FMO2位于内质网膜上，通过下调上游未折叠蛋白应答（UPR）途径抑制内质网应激引发的凋亡蛋白（包括caspase 12和C/EBP同源蛋白（CHOP））的激活。此外，我们发现FMO2作为内质网中的一种新型伴侣，直接催化二硫键的合成以促进蛋白质的折叠。最后，通过对FMO2的结构分析，发现了二硫键催化的活性中心GVSG，并通过GSH与FMO2的分子对接实验进行了验证。然而，具有GVSG突变的FMO2不能催化二硫键的形成，失去了对内质网应激或心肌细胞凋亡的保护作用。FMO2通过UPR途径保护心肌免受缺血损伤，UPR途径是由GVSG活性部位的二硫键催化介导的。我们的发现揭示了一种新的FMO2参与的调控机制，可作为缺血性心血管疾病的潜在治疗靶点。