EMMPRIN蛋白糖基化修饰模式在心肌梗死后左室重构中的关键作用及调控机制

Left ventricular (LV) remodeling is the key determinant of worse prognosis for patient surviving from acute myocardial infarction. The over-degradation of extracellular matrix (ECM), which is important for the myocardial clustering, transcellular signal introduction and synchronized contraction, appears to be one of the most important underlying mechanisms. The impairment of ECM is mainly mediated by matrix metalloproteinases (MMPs), which is highly stimulated by its inducer protein named EMMPRIN. We have previously demonstrated the key impact of the glycosylation pattern on the biological function of EMMPRIN. In this context, we propose that the abnormal maintains of complex glycosylation of EMMPRIN is the pivotal reason for the MMPs overstimulation in post-infarction myocardium and subsequent LV remodeling. The current study is therefore designed aiming to illuminate the regulatory mechanisms of EMMPRIN glycosylation and its impact on post-infarction LV remodeling.

心肌梗死后左室重构是导致不良事件的重要原因，阐明并阻断其病理生理进程将显著改善患者预后。心肌内基质金属蛋白酶（MMPs）过度活化破坏细胞外基质，损害心肌细胞的正常连接，是驱动梗死后左室重构的重要环节。前期研究发现，基质金属蛋白酶诱导物（EMMPRIN）是MMPs的关键诱导蛋白，“沉默”EMMPRIN基因能够显著延缓左室重构。我们前期发现，EMMPRIN的功能受到糖基化修饰模式的调控，只有高度糖基化修饰的蛋白才能诱导MMPs。因此，EMMPRIN蛋白糖基化修饰模式很可能是决定心肌中MMPs激活程度的关键环节，阻断EMMPRIN高度糖基化修饰有望特异性削弱MMPs活化并改善左室重构。本项目旨在明确EMMPRIN糖基化修饰模式对梗死后左室重构进程的影响，明确心脏中EMMPRIN糖基化修饰模式的调控机制。研究结果有助于完善梗死后左室重构的发病机制，也可能为防治左室重构提供新的靶点。

在前期研究中，本课题组发现CD147可通过调节氧化应激，基质金属蛋白酶活性和炎症强度等多种作用在动脉粥样硬化病理生理进程中发挥重要作用，其生物学功能受翻译后糖基化修饰调控。但CD147及其糖基化修饰调控机制在心脏重构中的作用尚不清楚。在本课题的资助下，我们探索了CD147在不同机制诱导的心脏重构中的作用和分子生物学机制。我们建立了心肌梗死和压力过负荷诱导的心脏重构模型并使用CRISPR-Cas9基因敲除技术和AAV9介导的心脏特异性过表达技术干预小鼠心脏CD147及其糖基化修饰模式。通过小动物心超、心脏磁共振、组织病理学、分子生物学和免疫组织化学等综合方法评估CD147在心脏病理性重构中的作用。研究结果显示：CD147在压力过负荷诱导的病理性重构心脏中表达显著上调，并出现高度的糖基化修饰；高度糖基化修饰激活CD147的生物学功能，主要通过和TRAF2蛋白结合，激活下游TAK1信号通路，促进心脏病理性重构，而这一通路的最终机制指向铁死亡。通过技术手段抑制CD147的高度糖基化修饰可以明显减轻压力过负荷诱导的病理性心脏重构的进程。而在心肌梗死早期，CD147发挥了保护性作用，抑制CD147的表达明显促进心室重构和心脏功能下降，二代测序结果表明，这一保护作用可能和心肌细胞能量代谢和离子转运相关。因而，本研究结果首次提示了CD147在不同病理因素导致心脏重构中的差异化作用，首次发现了CD147介导通路和心肌细胞铁死亡的关联，这些不但为病理性心脏重构提供了新的机制解释，而且为通过干预CD147糖基化修饰改变病理性心脏重构进程提供了初步的实验依据。本研究主要结果目前已有一篇论文被SCI杂志录用（IF 6.5分），另有两篇正在撰写和投稿。而和本项目相关的研究内容也在多篇SCI收录论文中体现。