β腎上腺素受體與PI3K信號(hào)通路的交互作用對(duì)心肌生長(zhǎng)及增殖的調(diào)控.pdf

1、第一部分、β腎上腺素受體與P I3K信號(hào)通路在成年小鼠心臟中的交互作用及其早期信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)
　　 目的：β腎上腺素受體(β-adrenergic receptors，βAR)對(duì)心率、心肌收縮力等心臟功能有重要的調(diào)控作用。在成人以及成年的動(dòng)物，持續(xù)激活βAR可引起心肌肥厚。另外，在左心室去負(fù)荷(left ventricularunloading)治療過(guò)程中，βAR激動(dòng)劑可防止左心室萎縮。目前，對(duì)活化的βAR促進(jìn)心肌生長(zhǎng)相關(guān)機(jī)制的理

2、解基本是通過(guò)長(zhǎng)期使用βAR激動(dòng)劑的動(dòng)物模型來(lái)獲得的。然而，心臟βAR活化后早期的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)卻仍然不清楚。本研究旨在闡明心臟βAR活化后早期的信號(hào)調(diào)控機(jī)制，并探討早期信號(hào)活動(dòng)與心肌肥厚及萎縮之間的聯(lián)系。
　　 方法：以成年雄性野生型C57BL/6小鼠和β1/β2AR雙重基因敲除(β1/β2 DKO)小鼠為研究對(duì)象。小鼠經(jīng)腹腔注射生理鹽水、異丙腎上腺素(isoproterenol，ISO)、福莫特羅(formoterol)或多巴酚

3、丁胺(dobutamine)，30分鐘或4小時(shí)后取左心室、肺、肝臟、腎臟等組織，分析組織裂解物中PI3K的活性、相關(guān)蛋白的磷酸化水平以及有關(guān)mRNA的表達(dá)水平。
　　 結(jié)果：在成年雄性C57BL/6小鼠，急性激活βAR可顯著提高心心臟PI3K的活性，并明顯增加心臟中Akt和ERK1/2的磷酸化水平，但對(duì)肺和肝臟中的Akt和ERK1/2的磷酸化水平則沒(méi)有明顯的影響。在β1/β2 DKO小鼠，同樣的處理卻不能引起相應(yīng)的改變。β2AR

4、選擇性激動(dòng)劑福莫特羅(formoterol)可以活化野生型小鼠心臟的Akt(也稱蛋白激酶B)和ERK1/2(細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1和2)，β1AR優(yōu)勢(shì)激動(dòng)劑多巴酚丁胺(dobutamine)則不能，說(shuō)明心臟βAR-PI3K信號(hào)通路交互作用具有β2AR特異性。β2AR的急性活化還能顯著提高多個(gè)Akt下游信號(hào)分子的磷酸化水平，包括mTOR(哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白)，p70S6K(核糖體蛋白S6激酶1)，核糖體蛋白S6，GSK-3α/β(糖原合

5、酶激酶-3α和β)，和FoxO1/3a(叉頭狀轉(zhuǎn)錄因子家族蛋白1和3a)。βAR的活化也可時(shí)間依賴性地降低肌肉特異性泛素蛋白連接酶E3的組分蛋白atrogin-1和MuRF1(肌肉無(wú)名指蛋白1)的mRNA水平。
　　 結(jié)論：(1)小鼠心臟βAR和PI3K信號(hào)通路之間有交互作用，這種交互作用是β2AR特異性的；(2)小鼠心臟β2AR活化早期可激活多個(gè)信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，包括ERK1/2，PI3K/Akt及其下游的mTOR/p70S6K/

6、S6信號(hào)軸，GSK-3α/β和FoxO1/3a；(3)這些信號(hào)活動(dòng)引起atrogin-1和MuR目的mRNA水平的降低，可能與心肌肥厚及左心室去負(fù)荷條件下的抗心肌萎縮有關(guān)；(4)深入了解β2AR活化與這些信號(hào)活動(dòng)之間錯(cuò)綜復(fù)雜的相互作用有助于理解心肌生長(zhǎng)的病理生理，可為探尋心肌肥厚及萎縮的早期治療靶點(diǎn)提供重要線索。
　　 第二部分、β腎上腺受體通過(guò)P I3K/Akt信號(hào)通路調(diào)控新生小鼠心肌細(xì)胞的增殖
　　 目的：在發(fā)育早期

7、的心臟中，雖然可檢測(cè)到β腎上腺素受體(βAR)及其配體，甚至配體合成所需的酶，但卻沒(méi)有興奮-收縮偶聯(lián)。在成年小鼠中，慢性βAR活化會(huì)引起心肌的肥大。我們之前的數(shù)據(jù)表明PI3K的活性在心肌發(fā)育過(guò)程中受到高度調(diào)控，在胚胎和新生階段該激酶活性較高，而在成年階段活性則較低。我們還發(fā)現(xiàn)，改變?chǔ)?AR可引起心肌特異性PI3K信號(hào)通路的相應(yīng)變化，說(shuō)明在心臟中存在βAR和PI3K間的交互作用。本研究的主要目的是澄清該作用的生理效應(yīng)，尤其是對(duì)心肌增殖的調(diào)

8、控，并探討可能參與這種調(diào)控的信號(hào)途徑。
　　 方法：新生C57BL/6小鼠先經(jīng)腹腔注射非選擇性βAR阻滯劑普萘洛爾(10mg/kg)，一小時(shí)后再注射EdU(5乙炔-2’-脫氧尿苷，50mg/kg)，4小時(shí)后取心臟組織制備石蠟切片，通過(guò)免疫熒光染色檢測(cè)EdU和α-輔肌動(dòng)蛋白-2以觀察心肌細(xì)胞的增殖情況。為檢測(cè)相關(guān)信號(hào)激酶，新生小鼠用普萘洛爾處理30分鐘，隨后裂解心臟組織，檢測(cè)裂解液中的PI3K活性及Akt、GSK-3α/β、Fox

9、Os、mTOR、p70S6K、S6和ERK1/2等蛋白的磷酸化水平。
　　 結(jié)果：阻斷βAR顯著降低新生小鼠心臟中處于增殖狀態(tài)的心肌細(xì)胞數(shù)(處理組19.0±3.1/視野vs對(duì)照組30.4±2.2/視野，p<0.05)和增殖指數(shù)(增殖心肌細(xì)胞數(shù)/總細(xì)胞核數(shù)，處理組6.2±1.0％vs對(duì)照組11.7±0.9％，p<0.05)。用普萘諾爾阻斷新生小鼠的βAR引起心臟中PI3K的活性顯著下降，并導(dǎo)致PI3K下游多個(gè)效應(yīng)因子的磷酸化水平降

10、低，包括Akt、GSK-3α/β、FoxO1/3a。但急性阻斷βAR對(duì)于mTOR/p70S6K/S6信號(hào)通路的活性不引起功能性改變，對(duì)于ERK1/2的活化也沒(méi)有影響。
　　 結(jié)論：本研究不但證實(shí)了在新生小鼠心臟中存在βAR-PI3K交互作用，還闡明了此通路在心肌細(xì)胞增殖中的重要作用。深入研究這一信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)活動(dòng)將有助于理解圍生期心臟發(fā)育的機(jī)理，特別是心肌細(xì)胞由增殖向肥大轉(zhuǎn)換的調(diào)控機(jī)制，并可能為治療急性心梗和心衰提供新的治療途徑。