SGK1-FoxO3-HIF通过调控肾小管细胞自噬参与肾缺血预适应保护机制

In our previous study, we found that pretreatment with prolyl hydroxylases inhibitor dimethyloxalylglycine could protect the kidney from ischemia reperfusion injure (IRI) mediated by activation of hypoxia-inducible factor (HIF-1α) and expression of heme oxygenase en (HO-1) in mice (Mol Cell Biochem 2011). Now autophagy is considered as a cell protection mechanism in response to ischemia/hypoxia injury. Serum- and glucocorticoid-inducible kinase 1 (SGK1) is possibly involved in the mediation of autophagy induced by ischemia for the homologous structure between SGK1 and protein kinase B (PKB) in the proximal epithelial tubular cell (PTEC). In our recent study, we found that ischemia precondition (IPC) could activate autophagy and up-regulate the expressions of SGK1 and HIF-1α. We also found that silence of SGK1 could inhibit the expression of HIF-1α, attenuate the autophagy level of PTEC and significantly weaken the protection of ischemia preconditioning. This study aims to observe antophagy and its role in PTEC using in vitro and in vivo models of IPC. We would also dynamically monitor the activation and expression of SGK1、forkhead box O3 (FOXO3) and HIF-1α and try to clarify their roles and interaction in mediation of antophagy in the precondition of PTEC. Through this study we try to make clear the molecular mechanism of the protective role of IPC and clarify the potential function of SGK1-FOXO3-HIF pathway in the mediation of autophagy in PTEC.

我们前期发现，预处理稳定肾小管细胞（PTEC）中低氧诱导因子1α（HIF-1α）表达可增强PTEC对肾缺血损伤的耐受（Mol Cell Biochem 2011）。目前认为，自噬是细胞适应缺血缺氧环境的一种自我保护机制。新近我们发现，缺血预适应（IPC）可激活PTEC自噬，同时伴有血清和糖皮质激素诱导的蛋白激酶1（SGK1）和HIF-1α蛋白表达上调，基因沉默SGK1可抑制HIF-1α表达，减弱PTEC自噬活性，大大削弱IPC的保护作用。本项目拟在体内、外建立PTEC的IPC模型，动态观察PTEC自噬情况及SGK1、FOXO3和HIF-1的定位、活性及表达规律，应用逐个阻断或激活的干预方法，明确SGK1-FOXO3-HIF在调控PTEC自噬中的作用及其相互间的作用关系。通过此研究，我们将从自噬角度进一步完善IPC肾保护作用的分子机制，为AKI的防治提供理论依据和新的思路。

肾缺血再灌注（ischemia/reperfusion injury，I/R）损伤是急性肾损伤的最常见病因，目前尚无有效的防治手段。缺血预适应（ischemia preconditioning，IPC）是迄今为止发现的最强有力的预防器官缺血损伤的内源性保护措施。长期以来，凋亡一直被认为是缺血、缺氧损伤时细胞死亡的主要模式，因此大量研究尝试通过抑制细胞凋亡来减轻脏器缺血损伤。新近发现，自噬是细胞对抗外界环境压力下长期进化形成的一种自我消化、自我保护机制。血清和糖皮质激素诱导的蛋白激酶1（serum and glucocorticoid inducible kinase 1，SGK1）属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族，参与细胞增殖、存活和凋亡过程。本研究旨在探讨SGK1介导的FOXO3/HIF-1信号通路在肾IPC保护机制中的作用。在体外实验中，我们建立了人肾小管上皮细胞（HK-2）低氧预适应（HPC）模型，结果显示HPC可明显减轻HK-2细胞的缺氧/复氧（H/R）损伤，体现在细胞培养上清液中LDH水平明显下降，细胞凋亡明显减少，预适应前转染shRNA-SGK1明显减弱HPC的上述保护作用。与H/R组相比，HPC组细胞自噬明显增多，自噬相关蛋白LC3和Beclin1表达增加，凋亡蛋白Cleaved caspase 3 表达减少，同时SGK1下游靶基因FOXO3a表达上调，HIF-1α表达减少，基因沉默SGK1可减弱HPC的上述作用。在体内实验中，我们建立了大鼠的肾缺血预适应（IPC）模型，结果显示，IPC可明显减轻大鼠的肾I/R损伤，体现在IPC组大鼠的肾功能改善，肾组织病理减轻，细胞凋亡明显减少，细胞自噬增多。缺血再灌注损伤时大鼠肾组织中的SGK1表达先升高后下降，IPC可增加SGK1的表达。与对照组相比，缺血再灌注24h时大鼠肾组织中LC3、Beclin1、Cleaved caspase3、FOXO3a表达增加，HIF-1α表达减少；IPC组大鼠肾组织中LC3、Beclin1和HIF-1α表达增加，FOXO3a和Cleaved caspase3表达减少。通过此研究，我们从自噬角度进一步完善了缺血预适应肾保护作用的的分子机制，揭示了SGK1-FOXO3-HIF通路在调控缺血预适应肾小管细胞自噬方面的潜在作用，为急性肾损伤的防治提供了理论依据和新的思路。