心肌细胞特异性Smad4基因剔除小鼠发生心肌肥厚和心衰

【作者】 王剑； 徐宁； 冯新恒； 侯宁； 张继帅； 程萱； 陈晔光； 张佑仪； 杨晓；

【机构】 军事医学科学院生物工程研究所发育与疾病遗传学研究室； 北医三院分子血管医学重点实验室； 清华大学生物科学和生物技术系；

【摘要】 转化生长因子-β(TGF-β)超家族分子在调节细胞增殖、谱系分化、迁移、黏附和凋亡过程中具有重要作用。Smad4分子是TGF-β超家族分子信号通路的中心介导者。为了进一步深入研究TGF-β超家族分子在心脏发生发育和疾病过程中的功能,我们利用Cre-loxP系统研制了心肌细胞特异性Smad4基因剔除小鼠。Smad4基因剔除小鼠无胚胎致死性,大约70％的基因剔除小鼠在5-12月龄死亡。Smad4基因剔除小鼠在1月龄开始出现心肌肥厚,其心脏与体重 (HW／BW)、心脏与胫骨长度(HW／TL)的比值较对照小鼠明显升高,MHCβ,ANF, BNP等心肌肥厚的标志性分子在突变小鼠心肌中的表达水平也显著上调。组织学分析以及分离成年小鼠心肌细胞测量结果显示Smad4基因剔除小鼠的心肌细胞尺寸明显增加。Smad4基因剔除小鼠心脏随年龄增长可出现明显纤维化,电镜检测结果显示心肌线粒体的损伤和心肌纤维Z带排列紊乱等病理改变。利用M 型超声和颈动脉插管检测了小鼠的心脏功能和血流动力学变化,发现Smad4基因突变导致小鼠心脏收缩功能受损。为了研究心肌肥厚形成的分子机制,我们还检测了突变小鼠心脏中MAPK和PI3K等心肌肥厚相关信号通路中重要分子的表达,发现MEK1-ERK1／2通路被激活可能是导致Smad4突变小鼠心肌肥厚的原因之一。我们的实验结果首次提供体内的遗传学证据证明Smad4分子在心室重塑过程中的重要作用。首次提出心肌细胞对TGF-β分子反应性的改变可能是引起心肌肥厚的一种机制。心肌细胞特异性Smad4基因剔除小鼠的成功研制为深入研究相关心脏疾病的发病机制以及新药筛选和药效评价提供了较理想的动物模型。更多还原