组蛋白甲基转移酶SMYD3调控心肌缺血再灌注损伤的作用及机制研究

Myocardial ischemia/reperfusion (I/R) injury is one of the important causes which lead to cardiomyocytes death after reperfusion, and histone methylation is crucial and closely related to the progress of myocardial I/R injury. SMYD3 is a kind of histone methyltransferase, which is important in heart development, angiogenesis, cell apoptosis, however, whether it could affect myocardial I/R injury remains to be elucidated. Therefore, this research proposal will firstly detect the expression levels and upstream regulatory mechanism of SMYD3 in the hearts of wild-type mice with or without I/R stress or in the cultured neonatal rat cardiomyocytes (NRCMs) treated with or without hypoxia/reoxygenation (H/R) stress. Secondly, NRCMs with overexpression or knockdown of SMYD3 were treated with H/R stress to investigate the role and mechanism of SMYD3 on cardiomyocytes H/R injury. Thirdly, the mice with cardiac-specific deletion or overexpression of SMYD3 were subjected to I/R surgery to ascertain the function and mechanism of SMYD3 on I/R injury in vivo. Through the above efforts, this proposal tries to provide therapeutic target for myocardial I/R injury.

心肌缺血再灌注损伤是导致心肌再灌注后心肌细胞死亡的重要原因之一，研究表明组蛋白甲基化修饰在心肌缺血再灌注损伤的病理生理过程中起着重要作用。作为组蛋白甲基转移酶家族的重要成员之一，SMYD3在心脏发育、新生血管生成、细胞凋亡等过程中发挥重要作用。然而，SMYD3在心肌缺血再灌注损伤中的作用及分子机制目前尚无相关研究。因此，本项目拟检测SMYD3在缺血再灌注小鼠心肌组织及离体缺氧复氧心肌细胞中的表达水平及上游调控机制；在原代大鼠心肌细胞过表达或干扰SMYD3，明确SMYD3对离体心肌细胞缺氧复氧损伤的影响及机制；利用小鼠心肌缺血再灌注模型，研究心脏特异性敲除或过表达SMYD3对小鼠心肌缺血再灌注损伤的影响及机制，以期能为减轻或限制心肌缺血再灌注损伤提供新策略。

冠心病是目前世界范围内危害人类健康的第一大杀手。心肌梗死早期，及时有效恢复心肌血液灌注是目前治疗冠心病最为有效的方法。然而，缺血心肌再灌注却能进一步加重心肌损伤，导致心肌细胞死亡、梗死面积扩大、心功能进一步恶化并影响冠心病患者的预后，被称为“心肌缺血再灌注损伤”，严重制约冠心病患者的治疗效果。因此，阐明心肌缺血再灌注损伤的病理生理机制对防治冠心病具有重要意义。组蛋白甲基转移酶是一类具有蛋白质甲基转移酶活性的酶类，本项目研究的核心分子SMYD3是赖氨酸特异性的甲基转移酶，其能特异性的导致组蛋白H3第4位赖氨酸的二或三甲基化（H3K4me2/3）。本项目从临床、动物、细胞及分子层面系统地阐述了SMYD3对心肌缺血再灌注损伤的影响及作用机制。首先，项目研究结果发现与正常供体心脏相比，缺血性心肌病患者心肌组织中SMYD3、H3K4me2和H3K4me3的蛋白表达水平显著增加；SMYD3及H3K4me2、H3K4me3在结扎左冠状动脉前降支诱导的缺血再灌注野生型小鼠心肌组织中的表达量也显著升高；进一步研究发现，过表达干扰素调节因子6（IRF6）后可以抑制SMYD3的表达水平。其次，通过构建SMYD3干扰或过表达腺病毒，分别感染原代大鼠心肌细胞，结果显示，干扰SMYD3表达可以显著抑制缺氧复氧诱导的心肌细胞自噬，而过表达SMYD3可显著促进心肌细胞自噬。第三，项目组引进SMYD3条件性敲除小鼠，与Myh6-Cre杂交后获得了心脏特异性SMYD3基因敲除小鼠（SMYD3-CKO），结果显示，SMYD3敲除后显著改善了心肌缺血再灌注损伤小鼠的心脏损伤表型。第四，进一步的机制研究发现，SMYD3敲低显著抑制了H3K4me2和H3K4me3的甲基化水平，而过表达SMYD3则显著促进H3K4的二甲基化和三甲基化水平，提示SMYD3可能通过调控H3K4me2和H3K4me3的甲基化水平影响心肌细胞自噬而调控心肌缺血再灌注损伤。本项目的研究成果初步阐明了SMYD3对心肌缺血再灌注损伤的影响和作用机制，为后期以SMYD3为干预靶点，研发防治心肌缺血再灌注损伤的新药，推进SMYD3相关抑制剂走向临床奠定了实验基础和理论依据。