G蛋白信號調(diào)節(jié)因子6對心肌細胞肥大的作用及機制研究

舒婧嫻，陸 瑤，蔡菁菁，鄢光宇，陳子瑩，劉媛媛，袁 洪

(1. 中南大學湘雅三醫(yī)院臨床藥理中心，湖南 長沙 410013；2.中山大學附屬第五醫(yī)院藥學部，廣東 珠海 519000；3. 中南大學湘雅三醫(yī)院心內(nèi)科，湖南 長沙 410013)

心肌肥厚是不同病因所致進展性心衰共同的病理生理環(huán)節(jié)，是增加心衰等心血管疾病死亡的獨立危險因子[1]?！吨袊难懿蟾?018》顯示我國心血管疾病的患病人數(shù)2.9億人，由其引發(fā)的死亡占居民疾病死亡構(gòu)成的40%以上、居首位[2]。心肌肥厚的主要原因包括心肌細胞變性、肥大等，在心肌細胞病理變化的過程中，不同的胞膜受體啟動相應信號通路，構(gòu)成細胞內(nèi)復雜的信號調(diào)控網(wǎng)絡[3]，引起肥大相關(guān)基因和心肌細胞表型的變化。

目前研究發(fā)現(xiàn)，G蛋白信號調(diào)節(jié)因子(regulators of G-protein signaling，RGS)家族成員通過RGS結(jié)構(gòu)域與G蛋白結(jié)合，加速G蛋白的活性降解而發(fā)揮生理病理調(diào)節(jié)作用[4]，其中部分RGS因子通過該結(jié)構(gòu)域發(fā)揮抑制心肌細胞肥大的作用[5]。RGS6是RGS蛋白家族重要成員之一，它包含3個主要結(jié)構(gòu)域：RGS、DEP/DHEX和GGL。RGS結(jié)構(gòu)域具有G蛋白信號調(diào)節(jié)的作用，DEP與RGS6的細胞質(zhì)膜定位有關(guān)，GGL結(jié)構(gòu)域使G蛋白復合物與跨膜受體迅速解離，因此它是RGS蛋白家族中唯一具有G蛋白信號調(diào)節(jié)和非G蛋白信號調(diào)節(jié)雙重功能的成員[6]。RGS6在心臟中可通過負性調(diào)控毒蕈堿受體偶聯(lián)的G蛋白使其失活，發(fā)揮調(diào)節(jié)心臟自律性的作用[7]。Yang等[8]發(fā)現(xiàn)RGS6通過調(diào)控線粒體中活性氧(reactive oxygen species，ROS)-共濟失調(diào)毛細血管擴張突變基因/p53基因(非G蛋白信號通路)介導多柔比星的心肌毒性反應。近年研究發(fā)現(xiàn)線粒體在心肌細胞肥大的病理過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，線粒體通過產(chǎn)生ROS并激活下游絲裂原活化蛋白激酶家族(mitogen-activated protein kinase，MAPK)促進心肌細胞肥大[9]。細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK1/2)、c-Jun 氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK1/2)、p38均屬于MAPK家族成員，可以傳遞ROS對心肌細胞肥大的調(diào)控作用，但不同刺激因素激活的具體MAPK信號通路仍有待研究[10-11]。

本研究前期用血管緊張素Ⅱ(angiotensin II，Ang Ⅱ)構(gòu)建心肌細胞肥大模型，發(fā)現(xiàn)RGS6表達明顯增加，提示RGS6可能是另一個RGS家族中與心肌細胞肥大相關(guān)的重要成員，但RGS6致心肌細胞肥大的作用有待進一步證實，其調(diào)控心肌肥厚的作用機制目前亦不清楚。本研究擬圍繞RGS6調(diào)控心肌細胞肥大的作用及機制，通過慢病毒構(gòu)建RGS6過表達和抑制表達的細胞模型，研究RGS6表達對心肌細胞肥大的影響，探討RGS6調(diào)控ROS-MAPK信號通路中ERK1/2、JNK1/2、p38的變化，為干預心肌肥厚的新靶點提供實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要材料和試劑特級胎牛血清(Gibco，10099-141)、DMEM/高糖培養(yǎng)基(HyClone，SH30022.01)、0.25%胰蛋白酶Trypsin-EDTA(Gibco，25200056)、AdRGS6和AdGFP慢病毒(漢恒生物科技有限公司，15011243)、AdshRGS6和AdshRNA慢病毒(漢恒生物科技有限公司，11090124)、血管緊張素Ⅱ(Sigma，A9525)、二聯(lián)苯碘DPI (Sigma，D2926)、二甲基亞砜DMSO(Sigma，D2650)、兔抗RGS6抗體(Abcam，ab128943)、兔抗ERK1/2抗體(Abcam，ab184699)、兔抗p-ERK1/2抗體(Signaling Antibody，12082)、兔抗p38抗體(Abcam，ab170099)、兔抗p-p38抗體(Abcam，ab195049)、兔抗JNK1/2抗體(Signaling Antibody，21504)、兔抗p-JNK抗體(Signaling Antibody，12345)、兔抗GAPDH抗體(Bioworld Technology，AP0066)、山羊抗兔IgG抗體(Abcam，ab6721)、鬼筆環(huán)肽(Invitrogen，F(xiàn)36924)、DAPI(Invitrogen，S36939)、活性氧檢測熒光探針-DHE(北京百奧萊博科技有限公司，KFS377)。

1.2 主要儀器生物安全柜(蘇州蘇凈安泰AIRTECH有限公司)、實時熒光定量PCR儀和凝膠成像系統(tǒng)(美國伯樂Bio-Rad公司)、PCR擴增儀(Applied Biosystems公司)、恒溫培養(yǎng)箱(美國Thermo公司)、倒置熒光顯微鏡(奧林巴斯IX71)、電泳儀(上海天能科技有限公司)、冷凍離心機和移液槍(艾本德Eppendorf公司)、CLARIOstar全波長掃描熒光酶標儀(德國BMG LABTECH公司)

1.3 心肌細胞培養(yǎng)與肥大刺激取大鼠H9C2心肌細胞，加入胰蛋白酶消化、離心后取底部細胞團塊并加入新鮮培基，六孔板接種細胞，培養(yǎng)過夜。分配好實驗組和對照組后，次日在實驗組中加入終濃度為0.1 μmol·L-1Ang Ⅱ，對照組加入等量的PBS。

1.4 慢病毒感染細胞及其干預采用攜帶大鼠RGS6基因的慢病毒(AdRGS6)、攜帶ZsGreen綠色熒光蛋白基因的慢病毒(對照組：AdGFP)、攜帶大鼠RGS6短發(fā)卡序列的慢病毒(AdshRGS10)和帶空白RNA序列的慢病毒(對照組：AdshRNA)對心肌細胞進行感染。取培養(yǎng)好的心肌細胞并加入polybrene使其終濃度為6 mg·L-1，孵育，替換新鮮培養(yǎng)基后加入100 μL對應病毒感染。

1.5 實驗分組① AdGFP/PBS組；② AdRGS6/PBS組；③ AdGFP /Ang Ⅱ組；④ AdRGS6/Ang Ⅱ組；⑤ AdshRNA/PBS組；⑥ AdshRGS10/PBS組；⑦ AdshRNA/Ang Ⅱ組；⑧ AdshRGS6/Ang Ⅱ組。

1.6 細胞免疫熒光染色和細胞大小檢測取1.4中的心肌細胞，用質(zhì)量分數(shù)為4%的多聚甲醛固定15 min，棄去并洗凈后加入5 mg·L-1的鬼筆環(huán)肽室溫染色60 min，等滲溶液清洗細胞，再用DAPI染細胞核10 min，封片，熒光顯微鏡下觀察細胞形態(tài)和大小，Image J軟件統(tǒng)計心肌細胞面積。

1.7 心肌細胞內(nèi)ROS測定取1.4中各組細胞，采用活性氧檢測熒光探針-二氫乙啶(DHE)檢測各組細胞中ROS含量。加入稀釋后的熒光探針，使探針的終濃度為10 μmol·L-1，避光、孵育60 min，采用酶標儀檢測細胞ROS水平。

1.8Westernblot提取1.4中各組心肌細胞的總蛋白，用10 μL蛋白上樣、電泳，電轉(zhuǎn)移蛋白至PVDF膜，用質(zhì)量分數(shù)為5%的脫脂奶粉封閉，緩沖鹽溶液(TBST)洗滌后孵相應的一抗過夜。TBST洗滌3次后，加入二抗、室溫孵育2 h，清洗膜后加ECL 超敏發(fā)光液進行蛋白條帶顯影，用Image Lab分析各條帶的灰度值。

1.9RT-PCR采用TRIzol法提取各組心肌細胞中的總RNA并檢測總RNA的濃度。使用逆轉(zhuǎn)錄試劑合成cDNA，取各組cDNA進行ANP、BNP和GAPDH的RT-PCR反應。引物序列見Tab 1。

Tab 1 RT-PCR primers

1.10 逆轉(zhuǎn)實驗將感染AdRGS6和AdGFP慢病毒的心肌細胞用終濃度為0.1 μmol·L-1的二聯(lián)苯碘DPI處理2 h(對照組加入等量二甲基亞砜處理2 h)，然后各組加入終濃度為0.1 μmol·L-1的Ang Ⅱ處理24 h。分為四組：AdGFP/Ang Ⅱ/二甲基亞砜(DMSO)、AdRGS10/Ang Ⅱ/DMSO、AdGFP/Ang Ⅱ/ROS抑制劑(DPI)、AdRGS10/Ang Ⅱ/DPI。

2 結(jié)果

2.1 RGS6過表達/抑制表達對心肌細胞大小的影響用Ang Ⅱ和PBS分別處理已轉(zhuǎn)染慢病毒的心肌細胞，于熒光顯微鏡(×400)下觀察細胞面積，隨機圈出各組20個細胞，計算細胞面積并取平均值。與AdGFP/PBS組相比，AdRGS6/Ang Ⅱ組和AdGFP/Ang Ⅱ組細胞面積均明顯增加(1 889±182vs4 761±232、1 889±182vs3 520±407，n=20，P<0.05)；AdRGS6/Ang Ⅱ組心肌細胞面積明顯大于AdGFP/Ang Ⅱ組(4 761±232vs3 520±407，n=20，P<0.05)(Fig 1)。

Fig 1 Effects of RGS6 overexpression on cardiomyocyte surface areas

與AdshRNA/PBS組相比，AdshRNA/Ang Ⅱ組細胞表面積明顯增加(1 899±94vs3 720±717，n=20，P<0.05)。AdshRGS6/Ang Ⅱ組與AdshRNA/Ang Ⅱ組相比細胞表面積降低(2 097±83vs3 720±717，n=20，P<0.05)(Fig 2)。提示RGS6會促進Ang Ⅱ誘導的心肌細胞面積增加。

2.2 RGS6過表達/抑制表達對心肌細胞肥大相關(guān)因子的影響Ang Ⅱ處理后，AdGFP/Ang Ⅱ組和AdRGS6/Ang Ⅱ組相比對照組AdGFP/PBS肌肥厚相關(guān)因子表達均明顯上調(diào)(ANP: 4.21±0.30vs1.02±0.07及6.41±0.42vs1.02±0.07，n=3，P<0.05；BNP：3.93±0.55vs0.95±0.05及5.33±0.32vs0.95±0.05，n=3，P<0.05)；與AdGFP/Ang Ⅱ 相比，AdRGS6/Ang Ⅱ組中ANP和BNP的表達均明顯增加，P<0.05(Fig 3)。

Fig 2 Effects of RGS6 knockdown-expression on cardiomyocyte surface areas

AdshRNA/Ang Ⅱ組相比對照組AdshRNA/PBS，ANP和BNP表達均明顯上調(diào)(4.33±0.32vs0.96±0.05，n=3，P<0.05；3.92±0.31vs0.97±0.05，n=3，P<0.05)；與AdshRNA/Ang Ⅱ 相比，AdshRGS6/Ang Ⅱ組中ANP和BNP的表達均明顯降低(4.33±0.32vs2.34±0.30，n=3，P<0.05；3.92±0.31vs1.79±0.18，n=3，P<0.05)(Fig 3)。結(jié)果表明RGS6會促進心肌細胞肥大相關(guān)因子的表達。

Fig 3 Effects of RGS6 over/knockdown-expression on hypertrophic factors

2.3 RGS6過表達/抑制表達對信號通路的影響AdRGS6/Ang Ⅱ組和AdGFP/Ang Ⅱ組中ROS(5.77±0.22vs0.99±0.11、2.72±0.25vs0.99±0.11，n=3，P<0.05)和p-JNK1/2蛋白(2.17±0.06 vs 1.00±0.05、1.68±0.11vs1.00±0.05，n=3，P<0.05)均明顯高于對照組AdGFP/PBS，且差值有統(tǒng)計學差異；與AdGFP/Ang Ⅱ組相比，AdRGS6/Ang Ⅱ組中ROS(2.72±0.25vs5.77±0.22，n=3，P<0.05)和p-JNK1/2蛋白(1.68±0.11vs2.17±0.06，n=3，P<0.05)明顯升高，p38和ERK1/2總蛋白和磷酸化蛋白表達無差異(各組ROS含量如Fig 4，各組信號通路蛋白水平如Fig 5)。

Ang Ⅱ刺激48 h后，AdshRNA/Ang Ⅱ組ROS(3.16±0.15vs1.05±0.10，n=3，P<0.05)和p-JNK1/2蛋白(2.03±0.13vs1.02±0.08，n=3，P<0.05)明顯高于對照組AdshRNA/PBS，且差值有統(tǒng)計學差異；與AdshRNA/Ang Ⅱ組相比，AdshRGS6/Ang Ⅱ組中ROS(3.16±0.15vs1.71±0.11，n=3，P<0.05)和p-JNK1/2蛋白(2.03±0.13vs0.71±0.07，n=3，P<0.05)水平明顯降低。(各組ROS含量如Fig 6，各組信號通路蛋白水平如Fig 7)。結(jié)果表明RGS6會促進心肌細胞中ROS和p-JNK1/2蛋白水平的增加，提示RGS6可能通過激活ROS/JNK1/2信號通路介導心肌細胞肥大。

Fig 4 Effects of RGS6 overexpression on reactive oxygen species(ROS) levels

2.4 ROS抑制劑干預后RGS6對心肌細胞肥大和信號通路的影響AdRGS6/DPI組心肌細胞表面積較AdRGS6/ DMSO組明顯降低(2 995±84vs4 670±288，n=20，P<0.05)。DPI處理后的AdGFP組和AdRGS6組，心肌細胞表面積無統(tǒng)計學差異(2 889±84vs2 995±84，n=20，P<0.05)，表明抑制ROS水平可以降低RGS6過表達導致的心肌細胞面積增加(Fig 8)。

Fig 5 Effects of RGS6 overexpression on MAPK signaling pathway

AdRGS6/DPI組的p-JNK1/2蛋白較AdRGS6/ DMSO組明顯降低(1.39±0.09vs2.13±0.06，n=3，P<0.05)，兩組間p-p38和p-ERK1/2蛋白差異無顯著性。DPI處理后的AdGFP組和AdRGS6組，p-JNK1/2蛋白無統(tǒng)計學差異(1.25±0.05vs1.39±0.09，n=3，P>0.05)(Fig 9)，表明抑制ROS水平可抑制其下游JNK1/2信號通路的激活，提示RGS6通過調(diào)控ROS/JNK1/2通路介導心肌細胞肥大。

3 討論

心肌肥厚是增加心血管疾病死亡率和發(fā)病率的獨立危險因子[1]。抑制心肌肥厚的發(fā)生發(fā)展可明顯降低心衰等心血管疾病導致的死亡率。近年來，RGS家族因子作為G蛋白活性的調(diào)節(jié)因子備受關(guān)注，研究顯示其通過加速G蛋白的失活、阻斷G蛋白下游心肌細胞肥大相關(guān)信號通路，發(fā)揮抑制心肌細胞肥大的作用[5,12]。

Fig 6 Effects of RGS6 knockdown-expression on ROS levels

RGS6除具有RGS家族的G蛋白活性調(diào)節(jié)功能外，還具有細胞質(zhì)膜定位、調(diào)控G蛋白與跨膜受體解離等功能，因此RGS6具有G蛋白和非G蛋白雙重信號調(diào)節(jié)功能[6]。本研究發(fā)現(xiàn)RGS6通過調(diào)控ROS/JNK1/2信號通路來介導心肌細胞肥大。我們的推斷思路為：與RGS其他家族因子相比，RGS6對心肌細胞肥大的調(diào)控作用完全相反(RGS6促進心肌細胞肥大)，提示RGS6不是通過G蛋白信號調(diào)節(jié)作用介導心肌肥厚。相關(guān)文獻表明，RGS6在腫瘤疾病領域中能通過調(diào)控氧化應激反應，介導腫瘤細胞的凋亡[8]。而且，在心肌肥厚的相關(guān)機制中也存在氧化應激介導的相關(guān)反應，再通過氧化應激等作用刺激下游MAPK家族的成員，完成心肌細胞中整個肥大反應過程。因此我們檢測了心肌細胞中ROS以及MAPK信號通路成員(JNK1/2、ERK1/2、p38)的表達，再通過煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide—adenine dinucleotide phosphate, NADPH)氧化酶抑制劑降低ROS表達，檢測細胞肥大表型和下游MAPK家族的成員的變化，進一步驗證RGS6通過調(diào)控ROS/JNK1/2信號通路介導心肌細胞肥大。

Fig 7 Effects of RGS6 knockdown-expression on MAPK signaling pathway

ROS是細胞內(nèi)一系列氧化反應的產(chǎn)物，近年來研究證明ROS可作為第二信使，參與心肌細胞肥大和凋亡、腫瘤細胞的增殖等多種信號的傳導。在心肌細胞中，ROS通過多重途徑調(diào)節(jié)細胞的增殖與凋亡，并且在心肌肥厚到心衰的病理過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[13]。研究發(fā)現(xiàn)在肥大心肌細胞中 NADPH氧化酶活性增加且會激活敏感型激酶MAPK中的各亞家族，目前的眾多研究顯示心肌細胞中ROS主要通過觸發(fā)心肌肥厚相關(guān)的以下幾條通路發(fā)揮作用：① Ang Ⅱ激活的細胞MAPK信號通路[10]和NF-κB信號通路；② 腎上腺素和Ang Ⅱ激活的ERK1/2通路[14]；③ 機械刺激誘導的MAPK家族中各亞型變化[5]。綜合以上研究表明NADPH酶源性ROS在心肌細胞的肥大和凋亡中發(fā)揮重要作用，同時本研究也發(fā)現(xiàn)RGS6過表達能增加心肌細胞內(nèi)ROS的釋放，促進Ang Ⅱ刺激的心肌細胞肥大和心肌肥厚相關(guān)蛋白ANP、BNP的表達。關(guān)于ROS的下游信號通路，我們亦通過檢測MAPK家族成員總蛋白和磷酸化蛋白的表達情況，發(fā)現(xiàn)ROS會調(diào)控下游JNK1/2蛋白的變化。

Fig 8 Effects of diphenyleneiodonium(DPI) on RGS6 overexpression cardiomyocyte surface

Twenty cells were measured for each group. DPI was the inhibitor of ROS, dimethyl sulfoxide(DMSO) was the control group.*P<0.05vsthe AdRGS6/DMSO group.

在心肌細胞肥大信號通路中，ROS-MAPK信號通路近年逐漸被重視。研究發(fā)現(xiàn)G蛋白偶聯(lián)受體激動劑如Ang Ⅱ和腎上腺素等與細胞膜上受體結(jié)合、刺激ROS的產(chǎn)生，從而參與激活MAPK家族成員。Guo等[15]研究發(fā)現(xiàn)在心肌細胞肥大過程中ROS/JNK1/2信號通路發(fā)揮重要作用?；谝陨涎芯繄蟮篮臀覀兊男盘柾窓z測中發(fā)現(xiàn)，在Ang Ⅱ誘導的心肌細胞肥大病理過程中，RGS6通過激活ROS/JNK1/2信號通路促進心肌細胞肥大。本研究為干預心肌細胞肥大的新靶點提供理論和實驗依據(jù)，有助于研究心肌肥厚的新型發(fā)病機制。

Fig 9 Effects of diphenyleneiodonium(DPI) on MAPK signaling pathway of RGS6 overexpression cardiomyocytes after Ang Ⅱ

The results are representative of three independent experiments. DPI was the inhibitor of ROS, and DMSO was the control group.*P<0.05vsthe AdRGS6/DMSO group. n.s. represents that there were no significant difference between the two groups.