七氟醚对糖尿病性心肌损伤保护的新机制：AMPK差异性调节p38/ERK的关键作用

Diabetes has been established as an independent risk factor for post-cardiac surgery morbidity and mortality. Derangements of AMPK signaling has been considered significantly associated with such outcomes. We have demonstrated sevoflurance is significantly cardioprotective during cardiac surgical procedures, through Caveolin-3 (Cav-3). In our studies, sevoflurane decreases p38 activity (typically induced by ischemia/reperfusion injury), independent of ERK1/2. Furthermore, sevoflurane activated ERK signaling in a diabetic model despite inhibition of AMPK activity. In the current study, we determine the novel mechanism underlying sevoflurane-mediated cardioprotection in a diabetic, AMPK-DN mouse model. An ERK knockout mouse model will be employed to specifically evaluate sevoflurane's influence upon p38/ERK pathways, and establish a causal relationship between ERK and Cav-3. Experiments in this grant proposal will employ both in vivo and in vitro techniques, advance comprehension of signaling biology, ultimately aiding in the strategic application of sevoflurane as a therapeutic pharmacologic agent against ischemia/reperfusion injury.

糖尿病是影响多种心脏手术治疗效果及预后的独立危险因素,糖尿病所致AMPK通路受阻是限制围手术期心脏保护的瓶颈。申请者已发表的论文证明，新型吸入麻醉药七氟醚可通过非AMPK通路保护心肌，并与Cav-3密切相关。预实验进一步发现，在野生型小鼠，七氟醚激活AMPK，降低促凋亡因子p38活性；而在心脏特异AMPK阻断或糖尿病小鼠，七氟醚显著激活抗凋亡因子ERK1/2。本研究将分别利用高糖高脂所致II型糖尿病、心脏特异AMPK负显性突变、ERK基因敲除和Cav3基因敲除等模型，在整体动物及细胞水平，进一步探索七氟醚p38/ERK差异调节的上游机制，以及ERK与Cav-3之间的因果关系，以其验证"七氟醚预处理是糖尿病围手术期最佳保护措施，其心脏保护由ERK-Cav3信号环路介导"的新假说。此新机制的探索，不但可为七氟醚在手术中的选择应用策略提供理论基础，而且可为进一步开展药物研究作用靶点提供实验依据。

七氟醚作为临床广泛应用的麻醉诱导和维持药物，探讨其在围手术期的应用最佳方式及其对糖尿病状态下心血管循环系统的影响，对该药物的正确并准确的使用及其适应情况并对临床应用有十分重要的指导意义。同时针对七氟醚药物的方式选择机制进行探索，为麻醉药物在心血管疾病并发症患者围手术期应用策略也提供充分理论基础。本项目在项目执行期间通过研究发现：⑴ 七氟醚预处理方式的不同选择对能量通路代谢的重要环节AMPK分子具有不同程度的选择性激活效应，因此个体化选择方案对不同心血管并发症人群的效果有差异效应。⑵ 进一步研究发现，在正常对照组与糖尿病心血管并发症组，在进行心肌缺血再灌注手术后，七氟醚预处理对生存活化信号通路MAPK家族成员有显著不同的差异调节作用，而此作用在对照组和七氟醚预处理组中差异显著，并受糖尿病状态的显著影响，说明糖尿病状态是此差异调节的选择性开关。⑶进一步探索结果发现，在糖尿病状态下的选择性调控过程中，Caveolin家族扮演重要角色，即其在信号转换过程中及信号传递过程中的角色不容忽视。⑷ 采用先进的分子表达基因调控技术发现，七氟醚可以在MAPK与Caveolin-3信号环路之间发挥重要作用。据此，在糖尿病状态下围手术期麻醉药物的选择，鉴于七氟醚对信号之间的转换调控作用，可以考虑是首选药物。.在本项目执行过程中，共发表SCI论文3篇，核心期刊杂志3篇，并在美国AHA大会（2015-2016）作报告，本项目团队培养硕士生21人，其中青年临床科研骨干7人，3人获得出国进修培训，1人获得山西拔尖人才项目支持，1人获得国家优秀奖学金，团队合作成员获得连续性2017年自然基金项目支持1项。