Syndecan-4在糖尿病相关的心肌纤维化中的作用机制研究

Diastolic dysfunction is central to the development of heart failure. To date, there is no effective treatment and only limited understanding of its molecular basis. The diabetes is associated with cardiac fibrosis that may reduce myocardial compliance, contribute to the pathogenesis of heart failure. In our previous studies, we showed that the shedding of the transmembrane proteoglycan syndecan-4 was accelerated in diabetes, which was responsible for the malfunction of endothelial cells and the impaired macrovascular angiogenesis. The aim of this study is to investigate whether syndecan-4 affects collagen cross-linking and myocardial stiffening in the heart of the diabetes. Here, in vivo experiments were performed to explore the relation between syndecan-4 and cardiac fibrosis in diabetic animal model of the wild type and the syndecan-4 knockout mice. Furthermore, in vitro experiments, we will reveal the role of syndecan-4 in the regulation of myofibroblast differentiation and the interaction of the extracellular domain of syndecan-4 and collagen fibrils. The present investigation will provide theoretic bases and therapeutic target for diabetes-associated diastolic dysfunction.

左室舒张功能障碍对心衰的进展极为重要，但是目前无论对于左室舒张功能障碍的治疗还是分子机制的认识都十分有限。既往研究显示，糖尿病与左室心肌纤维化相关，可造成左室僵硬度增加，为左室舒张功能减退的发病机制之一。在我们既往的研究中发现，内皮细胞表面的跨膜糖蛋白受体syndecan-4在糖尿病时会发生脱落，造成内皮细胞功能障碍和糖尿病大血管的血管新生障碍。本课题拟研究syndecan-4是否参与了糖尿病时心肌胶原的沉积，从而造成心室僵硬度增加。首先，我们在体内实验中检测野生型糖尿病小鼠及synd4-/-糖尿病小鼠的心肌纤维化水平，然后在细胞学实验中研究syndecan-4对心肌成纤维细胞分化的调节及脱落的syndecan-4胞外段对胶原的粘连作用。此研究将为糖尿病相关的左室舒张功能障碍防治提供新的理论基础及诊疗靶点。

Syndecan-4是一种在细胞表面广泛存在的细胞膜受体，可以调节细胞增殖、迁移、机械传导、细胞内吞等过程。在我们既往的研究中已经发现，糖尿病时大鼠主动脉内皮细胞、内皮祖细胞等细胞表面的syndecan-4胞外段会不断发生脱落直至耗竭。在本研究中，我们发现糖尿病时小鼠的舒张功能降低，心肌组织纤维化增加，同时心肌组织各组成细胞表面的syndecan-4胞外段不断发生脱落，为分析寻找与syndecan-4相关联的靶点和通路，我们对糖尿病小鼠模型的左心室组织，进行转录组学测序，进行下游信号通路的检测。在本研究中，我们建立了糖尿病小鼠模型，小鼠心脏超声检测提示模型小鼠E/A比值下降，舒张功能降低；利用试剂盒测量左心室心肌羟脯氨酸浓度，与对照组相比，模型组心肌羟脯氨酸浓度显著升高；对小鼠心肌组织进行石蜡包埋切片、天狼星红染色：结果显示与对照组相比，模型组心肌I型胶原和III型胶原表达增加，胶原表达增多；利用晚期糖基化产物（glycation end products，AGEs）刺激心肌细胞、心肌成纤维细胞，利用Westen blot检测syndecan-4蛋白水平，利用ELASA检测细胞培养基中syndecan-4胞外段的蛋白水平，结果提示心肌细胞、心肌成纤维细胞表面的syndecan-4蛋白呈浓度依赖性的下降， ELASA检测细胞培养基中syndecan-4胞外段，随时间逐渐减少；最后，我们取糖尿病小鼠模型的左心室组织，进行转录组学测序，结果发现，模型组syndecan-4表达下降，转录组检测发现模型组Fas（GO分析与自噬组装有关）表达上调，Cd74（GO分析与MAPK激活有关）表达也下降。同时通过AGEs刺激心肌成纤维细胞，syndecan-4蛋白的表达水平呈浓度依赖的降低，Fas蛋白表达水平呈浓度依赖的升高，Cd74蛋白表达水平呈浓度依赖的降低。最终我们得出的结论，糖尿病时小鼠心肌细胞表面的syndecan-4胞外段不断发生脱落，可能通过调控Fas蛋白、Cd74蛋白等蛋白的表达，促进心肌组织纤维化，导致心脏舒张功能减退。