MicroRNAs对TLR4介导的心肌缺血再灌注损伤的调控机制

Ischemic cardiomyopathy, resulting in high disability and motality, is mainly caused by myocardial ischemia reperfusion (I/R) injury. The innate immune response plays an important role in myocardial I/R injury. Discovery of Toll-like receptors (TLRs) - a key issue of innate immune response, exposes a possible target to prevent myocardial I/R injury, which is TLR4. MicroRNAs (miRNAs) regulate target gene expression by combining to its messenger RNA, thus regulating innate immune response. We have found that miRNAs may be involved in regulating TLR4-mediated myocardial I/R injury, but the functions and mechanisms are still unclear. In this project, we will explore the functions and mechanisms of miRNAs in TLR4-mediated myocardial I/R injury in vitro and in mouse myocardial I/R injury model, by over expressing or antagonizing miRNAs. Also we will knock out TLR4 in mouse to define the mechanisms by which TLR4 mediate myocardial I/R injury, and by which miRNAs regulate TLR4-mediated signaling pathway. These will provide important information for new approaches for the treatment of patients with ischemic cardiomyopathy.

心肌缺血再灌注损伤是导致缺血性心脏病患者伤残甚至死亡的重要原因，固有免疫应答是其发生的重要机制。激活固有免疫应答的关键分子- - Toll样受体（TLRs）的发现，使心肌缺血再灌注损伤暴露了一个可能的干预靶点- - TLR4。microRNAs（miRNAs）通过结合靶基因的信使RNA调节基因的表达，参与调控固有免疫应答。我们的预实验发现miRNAs可能参与调控TLR4介导的心肌缺血再灌注损伤，但具体作用和机制不明。本项目将采用miRNAs的过表达和阻断技术，在体外心肌细胞和小鼠心肌缺血再灌注损伤模型中，探索miRNAs对TLR4介导的心肌缺血再灌注损伤的作用及机制，并通过敲除小鼠TLR4基因进一步阐明TLR4介导的心肌缺血再灌注损伤的免疫学机制，以及miRNAs与TLR4信号通路的关系与作用。本项目将重点解答miRNAs能否干预TLR4介导的心肌缺血再灌注损伤的关键问题，为临床防治提供理论指导。

心肌梗死后损伤相关模式分子（DAMPs）触发的过度炎症反应是心功能失调和心脏不良重构的重要原因，然而心梗后炎症反应的调控机制尚不明确。我们预实验发现miR-21、miR-125b和miR-155在心梗心肌组织中表达均有显著改变，进一步针对心梗后炎症调控对三种miRNA进行筛选，我们选择以miR-21为主要研究对象，研究其对心梗后炎症反应、心脏重构的调控及机制，同时也研究了miR-125b参与心梗后炎症反应的调控作用和初步机制。我们研究发现在心梗早期炎症阶段，心梗边缘区心脏组织中miR-21的表达显著增加。MiR-21基因敲除小鼠心梗边缘区心脏组织和分离的组织CD11b 阳性单核/巨噬细胞中炎性细胞因子表达显著升高；基因敲除小鼠心梗后心功能显著下降，心梗面积以及纤维化瘢痕显著增加。在体外小鼠巨噬细胞中发现，miR-21基因敲除或过表达显著促进或抑制巨噬细胞中由DAMPs触发的炎性细胞因子的产生。分子机制研究表明miR-21可以负向作用于靶分子KBTBD7；KBTBD7与MKK3/6相互作用并促进其活化，从而增强DAMPs诱导的下游p38和NF-κB信号的活化。我们研究结果表明miR-21通过靶向作用于KBTBD7并抑制p38和NF-κB信号通路活化来减轻心梗后炎症反应，从而保护心脏功能，提示miR-21可能作为新的心梗潜在治疗靶点。同时我们研究发现miR-125b在早期炎症阶段心梗边缘区心脏组织中表达也显著上调。构建小鼠心梗模型同时心肌注射过表达miR-125b腺病毒载体，发现过表达miR-125b可以显著增加心梗边缘区心脏组织和分离的组织CD11b 阳性单核/巨噬细胞中炎性细胞因子的产生；过表达miR-125b显著加重小鼠心梗后心功能损伤。在体外小鼠巨噬细胞中发现，过表达miR-125b显著促进巨噬细胞中重组小鼠HMGB1诱导的炎性细胞因子产生。分子机制探索发现过表达miR-125b促进HMGB1诱导的巨噬细胞中p65/NF-κB信号通路活化，表明miR-125b通过促进p65/NF-κB信号通路活化导致心梗后炎症反应增强，从而加重心梗后心功能损伤。综上，本研究发现了miR-21和miR-125b分别从正反两个方向调控心梗后炎症反应的作用以及信号机制，为心梗治疗以及新型药物设计提供了新思路。