细胞周期蛋白依赖性激酶9(CDK9)在肺动脉高压中的作用及机制研究

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背景:肺动脉高压(Pulmonary artery hypertension,PAH)是一类严重的心肺血管疾病,临床麻醉风险很高。肺血管重塑和肺动脉平滑肌的过度增殖构成肺动脉高压的重要病理特征。研究提示肺动脉平滑肌过度增殖和肿瘤存在相似性,目前细胞周期蛋白依赖性激酶9(CDK9)是重要的抗肿瘤靶点,但是CDK9在肺动脉高压中的作用目前尚不清楚。目的:探究肺动脉高压中CDK9在肺动脉平滑肌中的表达改变及CDK9抑制剂对肺动脉高压中肺血管重塑和肺动脉平滑肌过度增殖的影响及潜在分子机制。方法:采用在体肺动脉高压模型和体外培养人肺动脉平滑肌细胞(HPASMC)缺氧模型研究肺动脉高压肺动脉平滑肌中CDK9的表达变化。在体实验采用成年雄性SD大鼠腹腔单次注射野百合碱(MCT,60mg/kg,ip)成功制作肺动脉高压模型。剥离正常对照组及MCT组大鼠的肺动脉,采用RT-PCR和Western-Blot法分别检测肺动脉中CDK9 mRNA和蛋白表达水平。体外模型以培养HPASMC为研究对象,分别3%O2,5%CO2体外缺氧(Hypoxia)处理0、1、3、6、12、24h,检测HPASMC中CDK9的蛋白表达,其次,HPASMC缺氧24h后,检测CDK9 mRNA水平变化。进一步使用CDK9抑制剂Flavopiridol(Fla)研究抑制CDK9对肺血管重塑和肺动脉平滑肌过度增殖的影响。将SD大鼠随机分成以下三组:Control组、MCT组、MCT+Fla组。大鼠MCT腹腔注射后21天成功造模。CDK9抑制剂Flavopiridol(5mg/kg,ip)在MCT注射7天后开始使用,每周两次,连续使用14天。实验结束后检测大鼠右心室收缩压,HE染色观察肺小动脉和心脏横截面,计算血管中膜厚度百分比(WT%)和血管中膜面积百分比(WA%),称量并计算右心室肥厚指数(RV/LV+S),免疫荧光技术检测肺小动脉α-SMA和PCNA的表达。体外实验先使用不同浓度(0.025、0.05、0.1、0.5、1μM)的Flavopiridol处理HPASMC,之后在3%O2,5%CO2条件下体外缺氧处理24h,用CCK8检测细胞活力。Flavopiridol选择0.1,0.5μM浓度进行后续实验,实验分组分别为Control、Hypoxia和Hyx+Fla组。分别用EdU试剂盒检测细胞增殖情况,流式细胞仪检测细胞凋亡率。最后研究CDK9促进肺动脉平滑肌细胞增殖的分子机制:剥离三组(Control、MCT和MCT+Fla)大鼠肺动脉,用Western-Blot法检测RNA pol Ⅱ CTD-Ser2位点的磷酸化水平,RT-PCR和Western-Blot法分别检测下游c-Myc、Mcl-1和Survivin的mRNA和蛋白表达水平。RT-PCR检测CDK9的负性调节因子Larp7、HEXIM1和MepcE的mRNA表达水平。结果:在大鼠肺动脉高压模型中,MCT组较Control组肺动脉中CDK9 mRNA及蛋白表达增加(P<0.01)。体外缺氧模型中,HPASMC中CDK9蛋白表达呈时间依赖性,即缺氧16h时出现CDK9蛋白表达下调,后持续增加,至24h时上调最明显(P<0.05),同时发现缺氧24h后CDK9 mRNA亦上调(P<0.05)。MCT造模后,与Control组相比,大鼠右心室收缩压(P<0.001)、右心室肥厚指数(P<0.01)均显著增加。HE染色显示肺小动脉管壁显著增厚,WT%和WA%均显著增加(P<0.001)。使用CDK9抑制剂Flavoripidol,相比MCT组,右心室收缩压(P<0.01)和右心室肥厚指数(P<0.01)均显著降低,肺小动脉管壁增厚程度减轻,WT%和WA%均降低(P<0.05),肺动脉高压得到部分缓解。HPASMC缺氧24h后,细胞活力增加(P<0.01),增殖期细胞比例增加(P<0.01),细胞凋亡率降低(P<0.05)。使用Flavopiridol可浓度依赖性抑制细胞增殖(P<0.01),降低增殖期细胞比例(P<0.01),增加细胞凋亡率(P<0.01)。此外,相比Control组,MCT组大鼠肺动脉中RNA pol Ⅱ CTD-Ser2位点的磷酸化水平升高,c-Myc、Mcl-1以及Survivin mRNA和蛋白表达均增加。Larp7、HEXIM1和MepcE mRNA表达水平均降低。MCT+Fla组RNA pol Ⅱ CTD-Ser2位点的磷酸化水平降低,c-Myc、Mcl-1和Survivin mRNA和蛋白表达水平都有降低。结论:在肺动脉高压中,肺动脉平滑肌中CDK9表达上调,使用CDK9抑制剂可显著抑制肺动脉平滑肌的过度增殖,缓解肺动脉高压。CDK9增加可引起RNA pol Ⅱ的CTD区域Ser2残基磷酸化增加从而增强转录延长过程,使下游促增殖基因c-Myc和抗凋亡基因Mcl-1和Survivin的转录及蛋白表达水平增加,引发肺动脉平滑肌过度增殖。此外,在肺动脉高压中,负调控相关分子Larp7、HEXIM1和MepcE的下调可能参与CDK9的活性增加。
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