PI3K/Akt/KDM5A信号通路在AngII致心脏重构中的作用及调控机制

Cardiac remodeling, represented by myocardial fibrosis, is one of the pathogenesis of atrial fibrillation (AF). Previous studies have shown that the proliferation and abnormal secretory extracellular matrix (ECM) of myocardial fibroblasts (CFs) are associated with myocardial fibrosis. PI3K/Akt signaling pathway regulates the process of myocardial fibrosis. We found that angiotensin II (AngII) regulates the expression of histone demethylation (KDM5A) through PI3K/Akt signaling pathway, affects the proliferation and apoptosis of CFs, and induces ECM abnormal expression, such as MMP9. To infer, AngII regulates KDM5A via PI3K/Akt signaling pathway in the progress of AF. To verify the hypothesis, we intend to apply ChIP to analyze the DNA binding region of KDM5A in CFs and to find the ECM genes regulated by KDM5A. In the AF rat model, the correlation of the development of PI3K/Akt signaling pathway and AF will be observed. Furthermore, regulation of KDM5A expression is to analyze in the progress of cardiac remodeling. This study aims to explain the molecular mechanism of PI3K/Akt/KDM5A signaling pathway in AngII-induced cardiac remodeling, so as to provide theoretical and experimental basis for retarding the occurrence and development of AF.

以心肌纤维化为代表的心脏重构是心房颤动(AF)的发病机制之一。已有研究表明心肌成纤维细胞(CFs)增殖及异常分泌细胞外基质(ECM)与心肌纤维化有关；PI3K/Akt信号通路调控心肌纤维化进程。我们发现血管紧张素II(AngII)通过PI3K/Akt信号通路调控组蛋白去甲基化酶(KDM5A)表达，影响CFs的增殖凋亡，且引起MMP9等ECM异常表达。据此推测，AngII经PI3K/Akt信号通路调控KDM5A影响心脏重构，参与AF进展。为验证假设，拟采用染色体共沉降的方法，分析KDM5A在CFs中的DNA结合区域，寻找受KDM5A调控的ECM基因。在AF大鼠模型中，观察PI3K/Akt信号通路和AF发生发展的相关性；通过调控KDM5A表达，分析心脏重构的进展。本研究拟阐释PI3K/Akt/KDM5A信号通路调控AngII引起心脏重构的分子机制，为最终延缓AF发生发展提供理论和实验依据。

心肌纤维化是心脏结构性重构的病理特征之一。已有研究表明心肌成纤维细胞(CFs)增殖及异常分泌细胞外基质(ECM)与心肌纤维化有关；PI3K/Akt信号通路调控心肌纤维化进程。本研究中，我们将血管紧张素II(AngII)应用于人CFs，分析细胞周期及PI3K/AKt信号通路的磷酸化表达，发现AngII经PI3K/AKt信号通路能够上调KDM5A的表达。基于上述结果，我们采用ChIP-Seq技术分析与KDM5A相结合的基因，并且将AngII作为KDM5A的激动剂、CPI作为KDM5A的抑制剂，用转录组学方法寻找差异基因。通过生物信息学整合分析的方法，发现受KDM5A调控、与CFs增殖相关、参与心肌纤维化进展的基因，富集于PI3K/AKt、Focal adhesion、ECM-receptor interaction、Cell adhesion molecules和Regulation of actin cytoskeleton等信号通路。这些信号通路与扩张型心肌病、肥厚型心肌病等心脏结构性重构相关。通过蛋白间相互作用分析，我们发现以IGF1、MYH11、TGFB3、AGT、ALB、FGF13和ELN为结点形成广泛联系的作用网络，说明心肌纤维化、心脏结构性重构的过程是多个基因、蛋白相互作用的结果，不能以单一基因、单一信号通路解释心肌纤维化发展的整体现象。我们又在扩张型心肌病患者的心肌组织中。进行WB验证，发现IGF1、MYH11、TGFB3呈下调表达。上述实验结果说明，作为核蛋白的KDM5A受到PI3K/AKt信号通路的调控，与之结合的基因广泛参与CFs增殖、心肌纤维化和心脏结构型重构。再后续的实验中，我们将采用空间转录组学、空间代谢组学和单细胞测序的方法，深度分析KDM5A在心脏结构性重构中的作用；在实验动物中敲低或敲除KDM5A，观察心脏的病理改变，为解释心肌纤维化现象，干预心脏结构性重构进展提供实验依据。