Scad基因在制備治療心肌細胞凋亡相關疾病的藥物中的應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于生物醫藥技術領域。更具體地,涉及SCAD基因在制備治療病理性心肌 肥厚和心力衰竭藥物中的應用,以及在制備抑制心肌細胞凋亡的藥物中的應用。
【背景技術】
[0002] 心肌肥厚是心臟對急慢性血流動力學超負荷的一種適應性反應。無論是高血壓還 是長期運動訓練均可引起心肌肥厚。高血壓引起的心肌肥厚被認為是心臟病發生率和死亡 率增高的重要危險因素,長期持續性的病理性心肌肥厚能夠引起擴張性心肌病、心力衰竭 甚至猝死;而運動引起的心肌肥厚卻被認為是心臟對運動刺激的一種適應性反應,其心肌 結構發生平衡、協調變化,心肌能量代謝和心臟的功能都增強,屬于生理性代償反應,與病 理性心肌肥厚有本質區別。因此,如何預防和逆轉病理性心肌肥厚已經成為目前醫學科研 工作中的重點和難點。
[0003] 哺乳動物在胚胎時期處于一個相對缺氧的環境,心肌的能量主要來源于丙酮酸和 葡萄糖,出生后隨著供氧增加則主要依賴于脂肪酸氧化提供大量的ATP。然而,在病理性心 肌肥厚中,由于心肌組織長期慢性缺氧,心肌轉而使用耗氧較低的葡萄糖氧化取代脂肪酸 氧化功能,即出現心肌能量代謝的"胚胎型再演"。而長期運動訓練可使心肌能量代謝水平 與適應能力提高,脂肪酸氧化能力增強。心力衰竭時,脂肪酸氧化減少并在細胞聚集增多導 致脂毒性,加速心功能惡化。因此,從心肌細胞能量代謝的視角防治病理性心肌肥厚及心力 衰竭,可能成為一條新思路。
[0004] 此外,心肌細胞凋亡現象存在于心血管系統的許多生理和病理變化過程中,是導 致多種心血管疾病發生的重要細胞學基礎。而心血管系統疾病主要包括冠心病、高血壓病、 心絞痛、急性心肌梗死、擴張型心肌病、病態竇房結綜合癥、心律失常、心力衰竭等,因此,對 于心肌細胞凋亡的相關研究和治療具有重要的臨床意義。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題是克服現有心肌肥厚、心力衰竭和/或心肌細胞凋亡研 究和治療技術的不足,提供SCAD基因制備預防、緩解和/或治療心肌肥厚、心力衰竭和/ 或心肌細胞凋亡藥物中的應用。具體涉及短鏈酰基輔酶A脫氫酶(short chain acyl-CoA dehydrogenase,SCAD)基因及其相關通路在病理性心肌肥厚和/或心力衰竭和/或心肌細 胞凋亡藥物研發中的應用。SCAD基因為與生理性和病理性心肌肥厚、心力衰竭相關的一個 基因,為心肌肥厚和心力衰竭的分子機制研究提供基礎。
[0006] 本發明上述目的通過以下技術方案實現: SCAD基因或SCAD蛋白在制備預防、緩解和/或治療病理性心肌肥厚和/或心力衰竭的 藥物中的應用;包括在篩選預防、緩解和/或治療病理性心肌肥厚和/或心力衰竭藥物中的 應用。
[0007] SCAD基因或蛋白的表達促進劑或激活劑在制備預防、緩解和/或治療病理性心肌 肥厚和/或心力衰竭的藥物中的應用。具體優選地,所述表達促進劑或激活劑為PPARa激 動劑非諾貝特或ERK1/2抑制劑TO98059。
[0008] SCAD基因或SCAD蛋白在制備抑制心肌細胞凋亡的藥物中的應用,以及SCAD基因 或SCAD蛋白的表達促進劑或激活劑在制備抑制心肌細胞凋亡的藥物中的應用,也都在本 發明的保護范圍之內。
[0009] 具體優選地,所述心肌細胞凋亡為叔丁基過氧化氫誘導的心肌細胞凋亡。
[0010] 本發明通過如下幾個層次證明了 SCAD基因的這些作用:在動物水平分別采用運 動訓練大鼠和自發性高血壓大鼠,證實SCAD基因在生理性和病理性心肌肥厚模型中的作 用;在細胞水平分別采用胰島素樣生長因子1和苯腎上腺素刺激心肌細胞,證實SCAD基因 在生理性和病理性心肌細胞肥大模型中的作用;在細胞水平采用叔丁基過氧化氫刺激心肌 細胞,證實SCAD基因在心肌細胞凋亡中的作用。主要取得的研究成果如下: (1)采用定量蛋白質組學(DIGE)技術比較了 16周齡自發性高血壓大鼠和血壓正常大 鼠的心肌蛋白質組,發現SCAD在自發性高血壓大鼠肥厚心肌中的表達顯著降低。
[0011] (2)觀察不同周齡自發性高血壓大鼠心肌組織的SCAD蛋白、mRNA表達及酶活性變 化,發現2周、6周及16周齡自發性高血壓大鼠組心肌的SCAD蛋白、mRNA表達及酶活性均 明顯下降。
[0012] (3)采用體外培養的心肌細胞,運用苯腎上腺素刺激建立病理性心肌細胞肥大模 型,SCAD的蛋白、mRNA表達及酶活性水平均出現了明顯下降。
[0013] (4)采用小干擾 RNA (Small interfering RNA, siRNA)對 SCAD 進行干擾,觀察到 心肌細胞出現了明顯的病理性肥大。
[0014] (5)采用運動訓練大鼠觀察到大鼠生理性心肌肥厚的左心室中,SCAD的蛋白、mRNA 表達及酶活性均明顯增高,與自發性高血壓大鼠(病理性心肌肥厚)左心室的SCAD變化趨勢 相反。
[0015] (6)分別采用胰島素樣生長因子1和苯腎上腺素刺激心肌細胞,形成生理性和病 理性心肌細胞肥大模型,觀察到生理性心肌細胞肥大模型中SCAD的蛋白、mRNA表達及酶 活性均顯著增高,與病理性心肌細胞肥大模型中的SCAD變化趨勢相反。
[0016] (7)在生理性和病理性心肌肥厚的體內外模型中,PPARa的表達變化均與SCAD - 致。
[0017] (8) PPARa激動劑非諾貝特在體內外水平均能顯著抑制病理性心肌肥厚中SCAD 的表達下調,減輕病理性心肌肥厚。
[0018] (9) PPARa抑制劑GW6471能顯著下調生理性心肌細胞肥大中的SCAD表達增高, 抑制胰島素樣生長因子1誘導的生理性心肌細胞肥大。
[0019] (10)p_ERKl/2的蛋白表達在胰島素樣生長因子1刺激的生理性心肌細胞肥大模 型中顯著下降,而在苯腎上腺素刺激的病理性心肌細胞肥大模型中顯著增高。
[0020] (11) ERK1/2激動劑EGF顯著下調生理性心肌細胞肥大中的PPARa和SCAD表達 增高,抑制胰島素樣生長因子1誘導的生理性心肌細胞肥大。
[0021] (12) ERK1/2抑制劑PD98059顯著上調病理性心肌細胞肥大中的PPARa和SCAD 表達減少,抑制苯腎上腺素誘導的病理性心肌細胞肥大。
[0022] (13)在叔丁基過氧化氫誘導的心肌細胞凋亡模型中,SCAD的蛋白、mRNA表達及酶 活性均顯著下降。
[0023] (14)采用siRNA對SCAD進行干擾,觀察到心肌細胞出現了明顯的凋亡。
[0024] (15)本研究結果首次揭示了 SCAD基因在生理性和病理性心肌肥厚、心力衰竭和 心肌細胞凋亡中的作用,作為新的藥物作用靶點,SCAD基因在制備預防、緩解和/或治療 病理性心肌肥厚、心力衰竭和心肌細胞凋亡相關疾病相關藥物中的應用,包括通過SCAD基 因上下游靶點制備病理性心肌肥厚、心力衰竭和心肌細胞凋亡相關疾病的相關藥物中的作 用。
[0025] 本發明具有以下有益效果: 本發明通過動物及細胞模型的構建,首次揭示了 SCAD在生理性和病理性心肌肥厚、心 力衰竭和/或心肌細胞凋亡中的重要作用,為病理性心肌肥厚、心力衰竭,以及心肌細胞凋 亡相關疾病新藥的研發提供理論基礎及可行性依據,可用于作為病理性心肌肥厚、心力衰 竭和心肌細胞凋亡相關疾病新的藥物作用靶點。
【附圖說明】
[0026] 圖1為蛋白質組學鑒定結果。
[0027] 圖2為SCAD在不同周齡自發性高血壓大鼠心肌組織中的變化。
[0028] 圖3為SCAD在苯腎上腺素刺激的病理性心肌細胞肥大模型中的變化。
[0029] 圖4為采用RNA干擾技術,觀察SCAD對病理性心肌細胞肥大的影響。
[0030] 圖5為SCAD在大鼠生理性和病理性心肌肥厚模型中呈現出不一致的變化趨勢, PPARa的變化趨勢均與SCAD-致。
[0031] 圖6為PPAR a和SCAD在生理性和病理性心肌細胞肥大模型中呈現出與體內實驗 結果一致的趨勢。
[0032] 圖7為自發性高血壓大鼠給予PPAR a激動劑非諾貝特治療后,病理性心肌肥厚明 顯減輕。
[0033] 圖8為自發性高血壓大鼠給予PPARa激動劑非諾貝特治療后,PPARa和SCAD的 表達變化均得到逆轉。
[0034] 圖9為PPARa激動劑非諾貝特能顯著逆轉苯腎上腺素誘導的病理性心肌細胞肥 大。
[0035] 圖10為PPARa抑制劑GW6471能顯著逆轉胰島素樣生長因子1誘導的生理性心 肌細胞肥大。
[0036] 圖11為ERK1/2抑制劑Η)98059能顯著逆轉苯腎上腺素誘導的病理性心肌細胞肥 大。
[0037] 圖12為ERK1/2激動劑表皮生長因子能顯著逆轉胰島素樣生長因子1誘導的生理 性心肌細胞肥大。
[0038] 圖13為叔丁基過氧化氫(tert-butyl hydroperoxide,tBHP)的量效和時效關系 研究。
[0039] 圖14為采用RNA干擾技術觀察SCAD對心肌細胞凋亡的影響。
【具體實施方式】
[0040] 以下結合說明書附圖和具體實施例來進一步說明本發明,但實施例并不對本發明 做任何形式的限定。除非特別說明,本發明采用的試劑、方法和設備為本技術領域常規試 劑、方法和設備。
[0041] 除非特別說明,以下實施例所用試劑和材料均為市購。
[0042] 本發明以下實施例所用的病理性心肌肥厚大鼠為自發性高血壓大鼠,所用的生理 性心肌肥厚大鼠為采用游泳運動訓練的WKY大鼠(該品系為自發性高血壓大鼠的正常對照 大鼠)。
[0043] 以下實施例即說明書附圖中所用的術語的縮寫定義如下: WKY 大鼠:WiStar-Kyoto 大鼠; SHR :自發性高血壓大鼠 (spontaneously hypertensive rats); SCAD :短鏈醜基輔酶 A 脫氛酶(short chain acyl-CoA dehydrogenase); a -tubulin : a -微管蛋白; PE :苯腎上腺素(phenyllphrine); siRNA:小干擾 RNA (small interfering RNA); ANF :心房鈉尿因子(at