甘氨酸调控心室重构的作用及其机制研究

Cardiac remodeling is a precursor of clinical heart failure which pump function turns maladaptation. Despite advances in diagnosis and treatments during past decades, the survival rate after the onset of cardiac remodeling still remains very low. As a non-essential amino acid, glycine has multiple functions in metabolism, growth, development, and cytoprotection. In the previous studies, we found that glycine increased activity in the cells in which glycine receptor (GlyR) was expressed under conditions of ATP depletion, and played an important role in cardio-cerebral ischemic injury. Based on these, we propose glycine may antagonize pathological cardiac remodeling, which can be used to prevent the development of heart failure. Our preliminary experiments indicate that glycine attenuates pressure overload caused cardiac hypertrophy and fibrosis in vivo. Glycine reduces the hypertrophic cardiomyocyte response to Ang II, and inhibits phosphorylation of ERK1/2 in vitro. Interestingly, glycine failed in inhibiting the increased collagen production induced by Ang II, and GlyR is only found at cardiomyocyte. We hypothesize glycine may reduce cardiac fibrosis by regulating paracrine mechanism. To test this hypothesis, our proposal intends to explore the protective effect of glycine on myocardial remodeling and its potential mechanism from in vivo and in vitro. This study will be helpful to provide new therapeutic targets for cardiac remodeling.

心室重构是心力衰竭患者心功能从代偿转向失代偿的关键事件，现有药物和治疗手段效果不佳。甘氨酸是一种人体非必须氨基酸，在生长、发育、代谢和神经传递等多个生命过程中发挥重要作用。我们的前期研究提示甘氨酸能够拮抗细胞ATP耗竭时的损伤反应，这一作用依赖于甘氨酸受体的介导；甘氨酸在心脑缺血性损伤反应中发挥重要的保护作用。基于上述研究成果，我们提出假说，甘氨酸可能具有拮抗心肌肥大和心肌纤维化所引起的心室重构的作用，因而可用于阻止心衰的发展。我们的预实验结果提示，甘氨酸减轻压力负荷诱导的小鼠心肌肥大和纤维化；在体外抑制心肌细胞ERK1/2磷酸化。有趣的是，甘氨酸不能直接抑制心脏成纤维细胞胶原合成，而甘氨酸受体只在心肌细胞上表达，不在成纤维肌细胞上表达。甘氨酸是否通过旁分泌机制影响心脏纤维化？为此，本项目拟从在体和离体两个方面开展试验，深入研究甘氨酸在调控心室重构中的作用及其机制，为临床治疗提供新的思路。

心室重构是心力衰竭患者心功能从代偿转向失代偿的关键事件，现有药物和治疗手段效果不佳。甘氨酸是一种人体非必须氨基酸，为了检验甘氨酸是否具有拮抗心肌肥大和心肌纤维化所引起的心室重构的作用，我们首先给予小鼠生理盐水或甘氨酸注射，一周后行主动脉窄缩手术（TAC），构建压力负荷模型。术后4周超声心动图检查、心重体重比以及心重胫骨长度比分析，提示甘氨酸可缓解TAC术引起的小鼠心室肥大并缓解压力负荷引起的心功能降低。通过定量PCR检测心脏中胚胎基因的重表达，发现甘氨酸给药组明显抑制胚胎基因的重表达。小鼠心脏病理切片的Masson染色和猩红染色提示甘氨酸给药显著抑制了心脏的纤维化。Western Blot实验，发现TAC手术后生理盐水组Raf/MEK/ERK信号通路明显激活，而甘氨酸则明显抑制了这一信号通路的激活，并且呈现一定的剂量依赖性。在血管紧张素II（Ang II）诱导的小鼠心肌肥大模型上，我们也证实了甘氨酸明显减轻Ang II诱导的心肌肥大和心肌纤维化，甘氨酸抑制Ang II诱导的Raf/MEK/ERK信号通路活化。.提前一周给予大鼠腹腔注射甘氨酸或生理盐水，采用心尖多点注射法将大鼠心脏GlyRα2沉默，再行升主动脉缩窄术，四周后用超声心动图检测心肌肥大指标并收取心脏组织，称取心重体重比和心重胫骨长度比，发现GlyRα2下调后甘氨酸对于心肌肥大的保护作用丧失。另外，GlyR的激活剂丝氨酸也对心肌肥大有保护效应，但GlyR的非激活剂苏氨酸并不能发挥心肌肥大保护效应。.体外实验发现甘氨酸可以抑制AngⅡ刺激下原代乳大鼠心肌细胞的肥大反应。下调甘氨酸受体，发现甘氨酸对AngⅡ刺激所诱导的胚胎基因重表达的抑制作用明显减弱。乳大鼠心肌细胞和成纤维细胞共培养实验表明，甘氨酸也可以拮抗血管紧张素Ⅱ刺激心肌细胞释放TGF-β和ET-1，防止大鼠成纤维细胞中胶原的过度产生。总之，本研究发现甘氨酸通过调控甘氨酸受体介导的ERK信号通路拮抗心室重构，为心衰的临床治疗提供新的思路。