Carabin介导的钙调神经磷酸酶活性在压力超负荷和容量超负荷导致的不同心肌重构中的作用和机制

Both pressure overload and volume overload exert mechanical stress on the heart. However, pressure overload induces concentric cardiac hypertrophy with more dramatical myocardial fibrosis, while volume overload produces eccentric cardiac hypertrophy, which leads to differential curative effects for calcium channel blocker. The mechanisms for the discrepancies remain to be elucidated. Our preliminary investigations showed that calcineurin (CaN) and Carabin (a negative regulator of CaN) were both differentially expressed in pressure overloaded versus volume overloaded mouse heart, and the plasmic CaN level was positively related to myocardial hypertrophy in patients with hypertension. We thus postulate that the Carabin-regulated calcineurin plays a critical role in the induction of different myocardial remodeling by pressure overload and volume overload. This project is scheduled to establish pressure overload and volume overload on cardiomyocytes and murine hearts. With the help of pharmaceutical and genetical interference with Carabin/CaN, we plan to evaluate the discrepancies of myocardial remodeling, downstream signal transduction factor nuclear factor of activated T cells (NFAT), and the plasmic CaN level under pressure overload versus volume overload. We also schedule to observe the effects of calcium channel blocker on those discrepancies. This project is designated to elucidate the molecular mechanism of differential myocardial remodeling induced by the two types of mechanical stress, and present new reference for rational drug use in clinical practice.

压力超负荷和容量超负荷均可导致心脏机械应力增加，但两者引起的心肌重构表型不同，分别为向心性和离心性心脏肥大，且前者心肌纤维化更显著，因而导致两者对药物治疗如钙通道拮抗剂效果不同，其机制不明。我们前期研究显示，钙调神经磷酸酶（calcineurin，CaN）及其负性调节因子Carabin在压力和容量超负荷小鼠心脏中表达差异；高血压患者外周血CaN水平与心肌肥厚正相关，据此推测心肌重构表型的差异可能与Carabin介导的CaN活性的不同有关。本研究拟分别建立压力超负荷和容量超负荷机械应力作用于心肌细胞和小鼠模型，通过体外体内药物或基因干预Carabin/CaN，从细胞、器官、动物整体水平观察心肌重构表型、下游信号转导分子NFAT以及外周CaN变化的差异，并明确钙通道拮抗剂对这些差异的影响。本研究拟阐明不同类型机械应力所致心肌重构表型差异的分子机制，为临床合理选择药物提供参考。

压力超负荷和容量超负荷分别引起离心性和向心性心脏肥大，其触发机制的差异有待阐明。我们通过主动脉缩窄构建压力超负荷心脏肥大小鼠模型，以及通过主动脉瓣返流构建容量超负荷心脏肥大小鼠模型，比较了两类超负荷心脏结构和功能的差异，并分析与之相关的包括Carabin在内的主要信号通路的激活情况。我们发现压力超负荷心脏的Carabin表达明显减轻，而与Carabin密切相关的钙调神经磷酸钙（CaN）明显激活，但在容量超负荷心脏，上述信号因子变化并不明显。我们进一步比较钙通道拮抗剂氨氯地平对两类机械应力超负荷所致心肌重构的疗效差异，发现氨氯地平有效减轻压力超负荷心脏重构，但对容量超负荷心脏重构无效，这一效应可能与氨氯地平增加Carabin表达有关。我们还发现在压力超负荷小鼠心脏，JNK、P38、ERK1/2、ERK5、β-arrestin-2和CaMKII的生物活性显着增加，但是在AR小鼠中上述因子轻度上调或保持不变。我们的发现提示了肥大相关信号通路在两类心脏肥大中的不同作用，从而为开发新型心脏肥大和心力衰竭防治药物，实现心脏肥大的个性化诊疗提供新的依据。在项目实施过程中，针对国内外尚无主动脉瓣返流形成的心脏容量超负荷小鼠模型的现状，我们对这一模型的心肌重构情况，进行了较为全面的描述，并对筛选的信号因子进行反向干预，发现只有反向调控Akt信号能够明显加重容量超负荷心脏重构，而干预β-arrestin-2和CaMKII均不影响重构进程，提示容量超负荷心脏通过偏爱性激活Akt导致/促进容量超负荷心脏重构。同时，我们对压力超负荷状态下的HSF1敲除小鼠行miRNA芯片分析，筛选出高表达的miR-195a-3p并靶向干预发现，miR-195a-3p升高通过调低AMPKα2/VEGF 信号通路削弱HSF1小鼠压力超负荷心脏的血管新生，加剧心脏重构。此外，我们在临床实践中，基于左室血栓患者1年后临床随访预后较差的现实，针对心梗引起的心脏重构，开展了临床随机对照研究，发现心梗PCI术后心衰患者，左室血栓的独立预测因子是左室壁瘤、不完全血运重建、SYNTAX积分和D二聚体，为心梗后心脏重构的及时干预提供重要参考。本项目迄今已发表标注本基金号的SCI文章4篇，培养博士研究生4名。