缺氧时大鼠心脏成纤维细胞与细胞外基质相互作用及机制的研究

摘要

在高原环境下，机体缺氧可引发以右心室肥大为主的心肌组织结构改变，最终发展为高原心脏病。高原心脏病是高原地区的多发病，而我国是世界上高原地域最辽阔、居住人口最多的国家，因此关于高原心脏病发生机制和防治的研究在我国具有特别重要的战略和经济意义。 目前认为心肌重塑是心肌在损伤因素作用下，心功能由代偿发展为失代偿的结构基础，而心肌纤维化是此过程中的重要环节；近年来的研究表明机体缺氧也可引发心肌纤维化，但是缺氧引发心肌纤维化的机制国内外尚未见系统和深入的研究。组织纤维化的细胞生物学基础是成纤维细胞激活导致间质中以胶原蛋白为主的细胞外基质(ECM)蛋白过度沉积，已有较多的研究结果显示缺氧可促进不同类型的成纤维细胞向纤维增生的细胞表型转换，表现为胶原蛋白mRNA的表达和蛋白合成增加，细胞出现肌成纤维细胞表型，因此缺氧是组织纤维增生的一个重要刺激因素。由此可以推测，缺氧对心脏成纤维细胞(CFs)的功能调控可能是导致缺氧性心肌纤维化的重要机制。 应当强调的是在组织纤维增生过程中，ECM蛋白的变化可通过整合素的介导调控细胞的功能，这种反馈调节作用是进一步影响ECM蛋白代谢的重要因素。对于CFs，一方面它是心肌ECM蛋白代谢调控的中心环节；另一方面，ECM蛋白的变化又可以反馈调控CFs的生长和功能，所以CFs与ECM蛋白的交互作用是影响原有的“细胞-ECM”稳态的关键所在，也是决定心肌重塑进行性发展的重要机制。因此我们认为，机体缺氧时，缺氧所引发的CFs功能调节是导致心肌纤维化的一个重要途径，而由整合素介导的“CFs-ECM”相互作用是缺氧调控CFs功能的一个关键环节，从而在高原心脏病的发生发展过程中具有重要的调控作用。 为了深入、全面地了解缺氧时CFs与ECM之间的相互作用，我们利用离体培养的成年大鼠CFs，首先研究了缺氧(2％O2)对CFs纤维增生性应答的影响，包括Ⅰ、Ⅲ胶原蛋白α肽链mRNA的表达和胶原蛋白合成、纤维粘连蛋白及其胚胎型异构体mRNA的表达、骨桥蛋白mRNA的表达和蛋白水平、以及CFs表型(肌成纤维细胞表型)等的变化；同时研究了缺氧对CFs整合素表达及其相关信号通路的影响；并在此基础上，初步研究了缺氧时CFs纤维增生性应答的变化同整合素信号通路的关系。 主要结果和结论如下： 1.CFs缺氧时，胶原酶敏感的3H-脯氨酸掺入率显著增加，Ⅰ、Ⅲ胶原蛋白α肽链mRNA的表达上调，提示缺氧能够促进CFs胶原蛋白的表达；缺氧显著上调纤维粘连蛋白及其胚胎型异构体mRNA的水平；缺氧显著上调CFs骨桥蛋白mRNA和蛋白水平。上述结果表明：缺氧能够促进CFs表达和分泌几种与心肌纤维化密切相关的ECM蛋白。 2.CFs缺氧时，细胞具有组织良好的肌动蛋白微丝，而且α-平滑肌肌动蛋白显著上调，表明缺氧可促进CFs向肌成纤维细胞的表型转换。 3.CFs缺氧时，整合素α1、αV、β1、β3、β5等亚基的mRNA水平显著上调，β1和β5亚基的蛋白水平亦显著增加；缺氧还促使CFs蛋白酪氨酸激酶FAK、Shc的磷酸化水平显著增加，提示FAK和Shc的活性增强。因此，CFs缺氧时，整合素的表达及其偶联的信号通路均发生了变化。 4.GRGDSP显著抑制缺氧诱导CFs的Ⅰ、Ⅲ胶原蛋白α肽链mRNA的表达、胶原蛋白合成、以及α-平滑肌肌动蛋白的上调，提示RGD-依赖的整合素参与了缺氧对CFs胶原蛋白表达以及细胞表型的调控。 5.抗β1整合素的功能阻断抗体显著抑制缺氧诱导CFs的Ⅰ胶原蛋白α肽链mRNA的表达、胶原蛋白合成、以及α-平滑肌肌动蛋白的上调，提示β1整合素参与了缺氧对CFs胶原蛋白表达以及细胞表型的调控。 总之，本课题的研究结果表明，缺氧本身能够激活CFs、使CFs向纤维增生的细胞表型转换；在此过程中，整合素的信号调节也发生了相应的变化；而且缺氧促进CFs胶原蛋白表达和向肌成纤维细胞表型转换与β1整合素和RGD-依赖的整合素的信号调节密切相关，从而提示：缺氧时CFs与ECM的相互作用可能是缺氧诱导心肌纤维化的重要机制。

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摘要

前言

第一部分缺氧对大鼠心脏成纤维细胞纤维增生性应答的影响

第二部分缺氧对大鼠心脏成纤维细胞整合素信号调节的影响

第三部分CFs缺氧时整合素介导的细胞功能调控

全文结论

致谢

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参考文献

文献综述心肌重塑中心脏成纤维细胞的功能调控及意义

博士在读期间发表文章