Scad基因在制备治疗心肌细胞凋亡相关疾病的药物中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物医药技术领域。更具体地，涉及SCAD基因在制备治疗病理性心肌 肥厚和心力衰竭药物中的应用，以及在制备抑制心肌细胞凋亡的药物中的应用。
【背景技术】
[0002] 心肌肥厚是心脏对急慢性血流动力学超负荷的一种适应性反应。无论是高血压还 是长期运动训练均可引起心肌肥厚。高血压引起的心肌肥厚被认为是心脏病发生率和死亡 率增高的重要危险因素，长期持续性的病理性心肌肥厚能够引起扩张性心肌病、心力衰竭 甚至猝死；而运动引起的心肌肥厚却被认为是心脏对运动刺激的一种适应性反应，其心肌 结构发生平衡、协调变化，心肌能量代谢和心脏的功能都增强，属于生理性代偿反应，与病 理性心肌肥厚有本质区别。因此，如何预防和逆转病理性心肌肥厚已经成为目前医学科研 工作中的重点和难点。
[0003] 哺乳动物在胚胎时期处于一个相对缺氧的环境，心肌的能量主要来源于丙酮酸和 葡萄糖，出生后随着供氧增加则主要依赖于脂肪酸氧化提供大量的ATP。然而，在病理性心 肌肥厚中，由于心肌组织长期慢性缺氧，心肌转而使用耗氧较低的葡萄糖氧化取代脂肪酸 氧化功能，即出现心肌能量代谢的"胚胎型再演"。而长期运动训练可使心肌能量代谢水平 与适应能力提高，脂肪酸氧化能力增强。心力衰竭时，脂肪酸氧化减少并在细胞聚集增多导 致脂毒性，加速心功能恶化。因此，从心肌细胞能量代谢的视角防治病理性心肌肥厚及心力 衰竭，可能成为一条新思路。
[0004] 此外，心肌细胞凋亡现象存在于心血管系统的许多生理和病理变化过程中，是导 致多种心血管疾病发生的重要细胞学基础。而心血管系统疾病主要包括冠心病、高血压病、 心绞痛、急性心肌梗死、扩张型心肌病、病态窦房结综合症、心律失常、心力衰竭等，因此，对 于心肌细胞凋亡的相关研究和治疗具有重要的临床意义。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是克服现有心肌肥厚、心力衰竭和/或心肌细胞凋亡研 究和治疗技术的不足，提供SCAD基因制备预防、缓解和/或治疗心肌肥厚、心力衰竭和/ 或心肌细胞凋亡药物中的应用。具体涉及短链酰基辅酶A脱氢酶（short chain acyl-CoA dehydrogenase，SCAD)基因及其相关通路在病理性心肌肥厚和/或心力衰竭和/或心肌细 胞凋亡药物研发中的应用。SCAD基因为与生理性和病理性心肌肥厚、心力衰竭相关的一个 基因，为心肌肥厚和心力衰竭的分子机制研究提供基础。
[0006] 本发明上述目的通过以下技术方案实现： SCAD基因或SCAD蛋白在制备预防、缓解和/或治疗病理性心肌肥厚和/或心力衰竭的 药物中的应用；包括在筛选预防、缓解和/或治疗病理性心肌肥厚和/或心力衰竭药物中的 应用。
[0007] SCAD基因或蛋白的表达促进剂或激活剂在制备预防、缓解和/或治疗病理性心肌 肥厚和/或心力衰竭的药物中的应用。具体优选地，所述表达促进剂或激活剂为PPARa激 动剂非诺贝特或ERK1/2抑制剂TO98059。
[0008] SCAD基因或SCAD蛋白在制备抑制心肌细胞凋亡的药物中的应用，以及SCAD基因 或SCAD蛋白的表达促进剂或激活剂在制备抑制心肌细胞凋亡的药物中的应用，也都在本 发明的保护范围之内。
[0009] 具体优选地，所述心肌细胞凋亡为叔丁基过氧化氢诱导的心肌细胞凋亡。
[0010] 本发明通过如下几个层次证明了 SCAD基因的这些作用：在动物水平分别采用运 动训练大鼠和自发性高血压大鼠，证实SCAD基因在生理性和病理性心肌肥厚模型中的作 用；在细胞水平分别采用胰岛素样生长因子1和苯肾上腺素刺激心肌细胞，证实SCAD基因 在生理性和病理性心肌细胞肥大模型中的作用；在细胞水平采用叔丁基过氧化氢刺激心肌 细胞，证实SCAD基因在心肌细胞凋亡中的作用。主要取得的研究成果如下： (1)采用定量蛋白质组学（DIGE)技术比较了 16周龄自发性高血压大鼠和血压正常大 鼠的心肌蛋白质组，发现SCAD在自发性高血压大鼠肥厚心肌中的表达显著降低。
[0011] (2)观察不同周龄自发性高血压大鼠心肌组织的SCAD蛋白、mRNA表达及酶活性变 化，发现2周、6周及16周龄自发性高血压大鼠组心肌的SCAD蛋白、mRNA表达及酶活性均 明显下降。
[0012] (3)采用体外培养的心肌细胞，运用苯肾上腺素刺激建立病理性心肌细胞肥大模 型，SCAD的蛋白、mRNA表达及酶活性水平均出现了明显下降。
[0013] (4)采用小干扰 RNA (Small interfering RNA, siRNA)对 SCAD 进行干扰，观察到 心肌细胞出现了明显的病理性肥大。
[0014] (5)采用运动训练大鼠观察到大鼠生理性心肌肥厚的左心室中，SCAD的蛋白、mRNA 表达及酶活性均明显增高，与自发性高血压大鼠(病理性心肌肥厚)左心室的SCAD变化趋势 相反。
[0015] (6)分别采用胰岛素样生长因子1和苯肾上腺素刺激心肌细胞，形成生理性和病 理性心肌细胞肥大模型，观察到生理性心肌细胞肥大模型中SCAD的蛋白、mRNA表达及酶 活性均显著增高，与病理性心肌细胞肥大模型中的SCAD变化趋势相反。
[0016] (7)在生理性和病理性心肌肥厚的体内外模型中，PPARa的表达变化均与SCAD - 致。
[0017] (8) PPARa激动剂非诺贝特在体内外水平均能显著抑制病理性心肌肥厚中SCAD 的表达下调，减轻病理性心肌肥厚。
[0018] (9) PPARa抑制剂GW6471能显著下调生理性心肌细胞肥大中的SCAD表达增高， 抑制胰岛素样生长因子1诱导的生理性心肌细胞肥大。
[0019] (10)p_ERKl/2的蛋白表达在胰岛素样生长因子1刺激的生理性心肌细胞肥大模 型中显著下降，而在苯肾上腺素刺激的病理性心肌细胞肥大模型中显著增高。
[0020] (11) ERK1/2激动剂EGF显著下调生理性心肌细胞肥大中的PPARa和SCAD表达 增高，抑制胰岛素样生长因子1诱导的生理性心肌细胞肥大。
[0021] (12) ERK1/2抑制剂PD98059显著上调病理性心肌细胞肥大中的PPARa和SCAD 表达减少，抑制苯肾上腺素诱导的病理性心肌细胞肥大。
[0022] (13)在叔丁基过氧化氢诱导的心肌细胞凋亡模型中，SCAD的蛋白、mRNA表达及酶 活性均显著下降。
[0023] (14)采用siRNA对SCAD进行干扰，观察到心肌细胞出现了明显的凋亡。
[0024] (15)本研究结果首次揭示了 SCAD基因在生理性和病理性心肌肥厚、心力衰竭和 心肌细胞凋亡中的作用，作为新的药物作用靶点，SCAD基因在制备预防、缓解和/或治疗 病理性心肌肥厚、心力衰竭和心肌细胞凋亡相关疾病相关药物中的应用，包括通过SCAD基 因上下游靶点制备病理性心肌肥厚、心力衰竭和心肌细胞凋亡相关疾病的相关药物中的作 用。
[0025] 本发明具有以下有益效果： 本发明通过动物及细胞模型的构建，首次揭示了 SCAD在生理性和病理性心肌肥厚、心 力衰竭和/或心肌细胞凋亡中的重要作用，为病理性心肌肥厚、心力衰竭，以及心肌细胞凋 亡相关疾病新药的研发提供理论基础及可行性依据，可用于作为病理性心肌肥厚、心力衰 竭和心肌细胞凋亡相关疾病新的药物作用靶点。
【附图说明】
[0026] 图1为蛋白质组学鉴定结果。
[0027] 图2为SCAD在不同周龄自发性高血压大鼠心肌组织中的变化。
[0028] 图3为SCAD在苯肾上腺素刺激的病理性心肌细胞肥大模型中的变化。
[0029] 图4为采用RNA干扰技术，观察SCAD对病理性心肌细胞肥大的影响。
[0030] 图5为SCAD在大鼠生理性和病理性心肌肥厚模型中呈现出不一致的变化趋势， PPARa的变化趋势均与SCAD-致。
[0031] 图6为PPAR a和SCAD在生理性和病理性心肌细胞肥大模型中呈现出与体内实验 结果一致的趋势。
[0032] 图7为自发性高血压大鼠给予PPAR a激动剂非诺贝特治疗后，病理性心肌肥厚明 显减轻。
[0033] 图8为自发性高血压大鼠给予PPARa激动剂非诺贝特治疗后，PPARa和SCAD的 表达变化均得到逆转。
[0034] 图9为PPARa激动剂非诺贝特能显著逆转苯肾上腺素诱导的病理性心肌细胞肥 大。
[0035] 图10为PPARa抑制剂GW6471能显著逆转胰岛素样生长因子1诱导的生理性心 肌细胞肥大。
[0036] 图11为ERK1/2抑制剂Η)98059能显著逆转苯肾上腺素诱导的病理性心肌细胞肥 大。
[0037] 图12为ERK1/2激动剂表皮生长因子能显著逆转胰岛素样生长因子1诱导的生理 性心肌细胞肥大。
[0038] 图13为叔丁基过氧化氢（tert-butyl hydroperoxide，tBHP)的量效和时效关系 研究。
[0039] 图14为采用RNA干扰技术观察SCAD对心肌细胞凋亡的影响。
【具体实施方式】
[0040] 以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明 做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试 剂、方法和设备。
[0041] 除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
[0042] 本发明以下实施例所用的病理性心肌肥厚大鼠为自发性高血压大鼠，所用的生理 性心肌肥厚大鼠为采用游泳运动训练的WKY大鼠（该品系为自发性高血压大鼠的正常对照 大鼠)。
[0043] 以下实施例即说明书附图中所用的术语的缩写定义如下： WKY 大鼠：WiStar-Kyoto 大鼠； SHR :自发性高血压大鼠 （spontaneously hypertensive rats); SCAD :短链醜基辅酶 A 脱氛酶（short chain acyl-CoA dehydrogenase); a -tubulin : a -微管蛋白； PE :苯肾上腺素（phenyllphrine); siRNA:小干扰 RNA (small interfering RNA); ANF :心房钠尿因子（at