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应用光遗传学技术调控超负荷引起的心脏重塑及其力学行为
结题报告
批准号:
11472159
项目类别:
面上项目
资助金额:
100.0 万元
负责人:
赵虎成
依托单位:
学科分类:
A1002.多尺度力学生物学
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
张全有、谢静、袁媛、钱星、刘佰林、胡宇星
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中文摘要
心肌肥厚和纤维化是心肌对超负荷产生自我适应的结果,主要表现为心肌细胞肥大和细胞外基质成分的改变,即心脏重建(remodeling)。其对心脏的直接作用是增加心衰和心律失常的发生率,减少冠状动脉血流储备,增加心肌缺血事件。因此,是引起心血管疾病发生率和死亡率显著升高的独立危险因素。光遗传学(optogenetics)调控是近几年发展起来可控制细胞跨膜电位的新技术。本项目拟应用光遗传学技术将光敏感离子通道表达于心肌细胞与心肌成纤维细胞,以光刺激的办法来调控细胞膜电位。进而在细胞和动物水平上分析膜电位调控对心脏、心肌细胞、心肌成纤维细胞在力学超载时重塑的影响。探讨在心脏重塑中起关键作用的酶:金属基质蛋白酶(MMPs)及其生理性抑制剂TIMPs在心肌肥厚大鼠细胞外基质重塑中的作用及光遗传学干预的效果。应用血流动力学分析方法评价光遗传学干预对心肌肥厚心脏功能及力学行为的影响。
英文摘要
Myocardial fibrosis and myocardial hypertrophy is characterized mainly by cardiac cells becoming hypertrophy and the components of cardiac extracellular matrix (ECM) changing, that is cardiac remodeling, which are the results of self-adaptation response to the heart overloading. The direct effect of myocardial fibrosis and hypertrophy on the cardiac function is the increasing incidence rate of heart failure and arrhythmia, decreasing of coronary flow reserve, and adding myocardial ischemic events. Thus, myocardial fibrosis and myocardial hypertrophy is independent and dangerous factor that induce significant increasing of the incidence of cardiovascular disease and mortality rate. Optogenetics has emerged as an new method for controlling cellular transmembrane potential. The objective of this project is to express light sensitive ion channel in cardiomyocytes and myofibroblasts , then we utilize optical stimulation methods to regulate cellular membrane potential and analyze, at the cellular and animal level, the effects of membrane potential controllability on the cardiac remodeling of heart and cardiac fibroblasts under mechanical overloading. We apply this framework to explore the critical role of two types important enzymes in the process of cardiac remodeling. We investigate the effect of matrix metalloproteinases (MMPs) and its physiological inhibitor tissue inhibitors of metalloproteinases (TIMPs) on the ECM remodeling during myocardial hypertrophy in rats, and its effect of intervention of optogenetic. Additionally, we utilize hemodynamics method to evaluate the influence of intervention of optogenetic on the Cardiac function and mechanical behavior in myocardial hypertrophy. This project would certainly pave the way to gaining a new insight into the pathogenesis of cardiovascular diseases, at the same time, this project also provide experimental evidences for applying photo-stimulation to treat cardiovascular diseases.
心肌肥厚和纤维化是心肌对超负荷产生自我适应的结果,主要表现为心肌细胞肥大和细胞外基质成分的改变,即心脏重建(remodeling)。其对心脏的直接作用是增加心衰和心律失常的发生率,减少冠状动脉血流储备,增加心肌缺血事件。因此,是引起心血管疾病发生率和死亡率显著升高的独立危险因素。光遗传学(optogenetics)调控是近几年发展起来可控制细胞跨膜电位的新技术。本项目成功的将光敏感离子通道表达于心肌细胞与心肌成纤维细胞并可应用光诱导产生跨膜电流,实现了通过光刺激的办法来调控心肌细胞膜电位。研究发现心脏重塑中起关键作用的酶:金属基质蛋白酶(MMPs)及其生理性抑制剂 TIMPs 的活性被光刺激改变。光刺激可以降低表达有光敏感阴离子通道的心肌细胞膜电位进而影响动作电位的发放。研究证实了BK通道可以通过减弱L-型钙通道的功能而降低心肌细胞钙浓度。随着基底刚度的增加BK通道的表达和功能均降低,从而减弱了对胞内钙浓度调控的能力。这些研究将对应用物理干预的手段治疗心血管疾病提供重要的参考。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.jbiomech.2017.11.015
发表时间:2018-01
期刊:Journal of biomechanics
影响因子:2.4
作者:Zhiguo Zhang;Yuqiao Wen;Jing Du;Yang Yu;Sisi Liu;Xiaoan Wu;Hucheng Zhao
通讯作者:Zhiguo Zhang;Yuqiao Wen;Jing Du;Yang Yu;Sisi Liu;Xiaoan Wu;Hucheng Zhao
DOI:10.1016/j.colsurfb.2018.03.042
发表时间:2018-10
期刊:Colloids and surfaces. B, Biointerfaces
影响因子:--
作者:Yuqiao Wen;Xiaohui Gao;Aiping Wang;Yu Yang;Sisi Liu;Zhang Yu;Guan-Bing Song;Hucheng Zhao
通讯作者:Yuqiao Wen;Xiaohui Gao;Aiping Wang;Yu Yang;Sisi Liu;Zhang Yu;Guan-Bing Song;Hucheng Zhao
The effect of matrix stiffness on biomechanical properties of chondrocytes
基质刚度对软骨细胞生物力学性能的影响
DOI:10.1093/abbs/gmw087
发表时间:2016-10-01
期刊:ACTA BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA SINICA
影响因子:3.7
作者:Zhang, Quanyou;Yu, Yang;Zhao, Hucheng
通讯作者:Zhao, Hucheng
A Role of BK Channel in Regulation of Ca2 Channel in Ventricular Myocytes by Substrate Stiffness
BK 通道在基质硬度调节心室肌细胞 Ca2 通道中的作用
DOI:10.1016/j.bpj.2017.01.036
发表时间:2017
期刊:Biophysical Journal
影响因子:3.4
作者:Zhao Hucheng;Yu Yang;Wu Xiaoan;Liu Sisi;Liu Bailin;Du Jing;Li Bo;Jiang Linhua;Feng Xiqiao
通讯作者:Feng Xiqiao
DOI:10.1016/j.biocel.2014.11.011
发表时间:2015-02
期刊:The international journal of biochemistry & cell biology
影响因子:--
作者:Xue-Jiao Wan;Hucheng Zhao;Ping Zhang;B. Huo;Bao-rong Shen;Zhi-qiang Yan;Ying‐Xin Qi;Zong-Lai Jiang-Zong-La
通讯作者:Xue-Jiao Wan;Hucheng Zhao;Ping Zhang;B. Huo;Bao-rong Shen;Zhi-qiang Yan;Ying‐Xin Qi;Zong-Lai Jiang-Zong-La
天然化合物对糖尿病和中毒大鼠肝脏和心脏代谢紊乱与微结构变化的干预及机制
  • 批准号:
    12211530450
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
  • 资助金额:
    19.00万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    赵虎成
  • 依托单位:
硫化氢在TG神经元感受力学信号中的作用
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
  • 资助金额:
    15万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    赵虎成
  • 依托单位:
基底硬度调控由TNTs与GJs介导的心肌细胞与成纤维细胞间电耦联
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    62万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    赵虎成
  • 依托单位:
心肌细胞膜BK通道力生物学功能的研究
  • 批准号:
    11772175
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    72.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    赵虎成
  • 依托单位:
基于力学钳与膜片钳同步测定技术探索感觉神经元力信号转导机制
  • 批准号:
    11272184
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    95.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    赵虎成
  • 依托单位:
心肌细胞力敏感BK通道功能的多层调控以及对基底刚度的响应
  • 批准号:
    11072132
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    赵虎成
  • 依托单位:
心肌细胞SAKCa通道对间歇力学加载的响应和力学门控机制
  • 批准号:
    10602031
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    赵虎成
  • 依托单位:
与RGD相关的粘附在植物抗病信号转导中生理机能研究
  • 批准号:
    30270354
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    19.0万元
  • 批准年份:
    2002
  • 负责人:
    赵虎成
  • 依托单位:
国内基金
海外基金