过度表达的低氧诱导因子-1α通过p53依赖性凋亡诱导心肌梗死后心脏破裂

Excessive Hypoxia-Inducible Factor-1α Expression Induces Cardiac Rupture via p53-Dependent Apoptosis After Myocardial Infarction

作者信息Masataka Ikeda, Tomomi Ide, Tomonori Tadokoro, Hiroko Deguchi Miyamoto, Soichiro Ikeda, Kosuke Okabe, Akihito Ishikita, Midori Sato, Ko Abe, Shun Furusawa, Kosei Ishimaru, Shouji Matsushima, Hiroyuki Tsutsui
PMID34472375
发布时间2021-09-07
DOI10.1161/JAHA.121.020895

实验完整度

包含体外细胞实验(CoCl2处理、siRNA敲低)、体内小鼠MI模型(心脏特异性Hif-1α杂合敲除)、组织学与生化检测(TUNEL、Western blot),并进行功能验证(心脏破裂和生存分析)和机制验证(p53、caspase-8)。

主要模型

小鼠心肌梗死模型(C57BL/6J) 心脏特异性Hif-1α杂合敲除小鼠 大鼠新生心室肌细胞

重点核对

心肌梗死模型:左冠状动脉结扎诱导MI,小鼠品系为C57BL/6J雄性,10-14周龄。 体外处理:CoCl2浓度500 μmol/L,处理时间24小时(蛋白检测)或48小时(细胞活力)。 siRNA敲低:siRNA浓度1 nmol/L,转染后48小时加CoCl2。 基因敲除:心脏特异性Hif-1α杂合敲除(Hif-1α floxed 与 Myh6-Cre 杂交)。 统计分析:样本量、生存分析(Kaplan-Meier)及统计检验(t检验、χ²检验、ANOVA)

摘要

背景:凋亡在心肌梗死(MI)后心脏破裂中起关键作用,p53是心脏破裂过程中凋亡的关键分子。低氧诱导因子-1α(Hif‐1α)在低氧条件下上调,是已知的p53诱导剂。然而,Hif‐1α在MI后p53上调、凋亡和心脏破裂的调控机制中的作用尚不清楚。方法与结果:我们通过结扎左前降支动脉诱导小鼠MI。MI后第5天,边界区Hif‐1α和p53表达上调,并伴有凋亡。在大鼠新生心肌细胞中,用氯化钴(500 μmol/L)处理(通过抑制脯氨酰羟化酶域蛋白(PHD)模拟严重缺氧)可增加Hif‐1α和p53,并伴有caspase-3裂解的心肌细胞死亡。沉默Hif‐1α或p53可抑制caspase-3裂解,并完全阻止PHD抑制下的心肌细胞死亡。在心脏特异性Hif‐1α杂合敲除小鼠中,p53表达、caspase-3和聚(ADP-核糖)聚合酶的裂解均减少,第5天凋亡被抑制。此外,杂合敲除小鼠中caspase-8和IL-1β(白细胞介素-1β)的裂解也被抑制,伴有巨噬细胞浸润减少和基质金属蛋白酶/组织金属蛋白酶抑制剂激活减少。尽管梗死面积无组间差异,但杂合敲除小鼠在MI后第10天心脏破裂和存活率显著改善。结论:Hif‐1α在MI后的凋亡、炎症和心脏破裂中起关键作用,其中p53是重要的介导因子,Hif‐1α可能是预防心脏破裂的有前景的治疗靶点。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
Hif-1α是否通过调控p53依赖性凋亡和炎症参与心肌梗死后的心脏破裂?
核心机制
Hif-1α在持续缺血下(PHD抑制)稳定p53,p53作为关键介导因子激活caspase-3依赖性凋亡,同时激活caspase-8和IL-1β加工引起炎症,促进MMP/TIMP系统激活,最终导致心脏破裂。
主要证据
在心肌梗死小鼠边界区,Hif-1α和p53表达上调并伴有凋亡;在培养心肌细胞中,CoCl2处理增加Hif-1α和p53,敲低Hif-1α或p53抑制caspase-3裂解并完全阻止细胞死亡;心脏特异性Hif-1α杂合敲除小鼠显示p53、caspase-3、caspase-8和IL-1β裂解减少,炎症和MMP/TIMP激活受抑,心脏破裂率降低,生存改善。
研究意义
研究表明Hif-1α-p53轴是心脏破裂的关键治疗靶点,并支持延迟再灌注和β受体阻滞剂通过减轻持续缺血来预防机械并发症的临床意义。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

心肌梗死后边界区Hif-1α、p53及凋亡的检测

明确MI后边界区Hif-1α、p53表达及凋亡的发生情况。

对MI术后第5天小鼠心肌边界区进行Western blot检测Hif-1α、p53、cleaved PARP和cleaved caspase-3,并用TUNEL染色检测凋亡细胞。

2

体外模拟PHD抑制下的心肌细胞凋亡研究

验证Hif-1α在PHD抑制诱导的p53上调及心肌细胞凋亡中的作用。

用CoCl2处理培养的大鼠心肌细胞,通过siRNA敲低Hif-1α或p53,检测Hif-1α、p53、cleaved caspase-3表达及细胞活力。

3

心脏特异性Hif-1α杂合敲除小鼠的表型分析

在体内验证Hif-1α对p53、凋亡、炎症及心脏破裂的影响。

构建caHetKO小鼠,诱导MI后第5天检测p53、cleaved PARP、cleaved caspase-3、TUNEL、cleaved caspase-8、IL-1β、Mac-3、MMP-2/9、TIMP-1/2;并观察至第10天评估心脏破裂和生存。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
C57BL/6J小鼠Kyudo--
Masson三色染色----
TUNEL染色试剂盒Takara--
胰蛋白酶Wako--
II型胶原酶Worthington Biochemical--
DMEM培养基Sigma-AldrichD6046
胎牛血清HycloneSH30396
青霉素/链霉素Nacalai Tesque26253-84
100毫米培养皿Cellstar; Greiner Bio-One--
Primaria培养皿Corning--
奥林巴斯IX71显微镜Olympus--
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂Thermo Fisher Scientific--
Opti-MEM培养基Gibco31985-070
靶向Hif-1α的siRNATakaraRS0035615
靶向p53的siRNAThermo Fisher Scientifics128541
RNeasy Mini试剂盒Qiagen--
ReverTra Ace qPCR RT试剂盒Toyobo--
THUNDERBIRD SYBR qPCR预混液Toyobo--
Applied Biosystems QuantStudio3实时荧光定量PCR仪Applied Biosystems--
RIPA裂解液Thermo Fisher Scientific--
蛋白酶抑制剂混合物Roche Diagnostics--
Trans-Blot转印装置Bio-Rad--
硝酸纤维素膜----
抗Hif-1α抗体Cell Signaling Technology36169
抗p53抗体Cell Signaling Technology32532
抗cleaved caspase-3抗体Cell Signaling Technology9579
抗cleaved PARP抗体Cell Signaling Technology9548
抗cleaved caspase-1抗体Cell Signaling Technology67314
抗caspase-8抗体Cell Signaling Technology9429
抗cleaved caspase-8抗体Cell Signaling Technology4790
抗CD107b (Mac-3)抗体BD Biosciences550292
抗MMP-2抗体Cell Signaling Technology87809
抗MMP-9抗体Abcamab228402
抗TIMP-1抗体Abcamab179580
抗TIMP-2抗体Cell Signaling Technology5738
抗GAPDH抗体Santa Cruz Biotechnologysc-32233
抗兔IgG抗体Cell Signaling Technology7074
抗小鼠IgG抗体Cell Signaling Technology7076
抗大鼠IgG抗体Cell Signaling Technology7077
Western Lightning ECL Pro化学发光底物Perkin Elmer--
Chemi-Lumi One Ultra化学发光底物Nacalai Tesque11644-40
Fusion成像系统Vilber Lourmat--
CellTiter-Blue细胞活力检测试剂PromegaG808A
Varioskan LUX多功能酶标仪Thermo Fisher ScientificVLB000D0
Vevo2100超声成像系统Visual Sonics--
ImageJ软件National Institutes of Health--
JMP Pro 15统计软件SAS Institute--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型
小鼠品系、性别、年龄、手术方法(左前降支结扎)、麻醉药物及剂量、术后观察时间点。
阅读提示:Methods 部分:Murine MI Model
体外细胞实验
细胞来源(新生大鼠心室肌细胞)、培养条件、CoCl2浓度和处理时间、siRNA浓度和转染时间。
阅读提示:Methods 部分:Cultured Neonatal Rat Ventricular Cardiomyocytes 和 Transfection of Cultured Cardiomyocytes With Small Interfering RNA
基因敲除小鼠构建
品系背景、杂交策略(Hif-1α floxed 与 Myh6-Cre)、对照组定义、年龄范围。
阅读提示:Methods 部分:Murine MI Model
分子检测
组织取材部位(边界区定义)、蛋白提取方法、抗体来源和编号、检测指标(Hif-1α, p53, cleaved PARP, cleaved caspase-3等)。
阅读提示:Methods 部分:Western Blotting 和 TUNEL Staining
生存分析
观察时间(至第10天)、终点判定标准(尸检发现心脏破裂)、样本量、统计方法(Kaplan-Meier, log-rank)。
阅读提示:Methods 部分:Murine MI Model 和 Statistical Analysis