RIPC通过STAT3/HIF-1α/frataxin轴介导慢性缺氧心肌线粒体保护的机制研究

Patients with chronic hypoxic cardiopathy such as coronary heart disease and tetralogy of Fallot (TOF) may require surgery under cardiopulmonary bypass (CPB) anesthesia. Many researches indicate that the remote ischemic preconditioning has the myocardial protective effect in CPB ischemia reperfusion, however, there is still controversy. At present, the specific mechanism of the myocardium protection of RIPC is not clear. Our previous study found that the perioperative RIPC of TOF patients could lead to increased levels of STAT3 and Hif-1α in myocardium, and improved mitochondrial structure. Therefore, we hypothesize that RIPC can activate pSTAT3, stabilize Hif-1α protein and promote its transcription to increase Hif-1α, increase frataxin expression, which ultimately regulate mitochondrial function and inhibit mitochondrial mPTP opening. This research will performed in vitro and in vivo, clear STAT3 / HIF - 1α/frataxin mediated myocardial mitochondria protection in chronic hypoxia.This research will clarify the myocardial protection mechanism of STAT3 / HIF - 1α/frataxin, and provide a theoretical basis for the subsequent clinical extension application.

慢性缺氧类心脏病患者可能需要体外循环下手术治疗，其预后与术中心肌保护相关。研究表明远端缺血预处理（RIPC）在缺血再灌注中有心肌保护作用。目前，RIPC发挥心肌保护作用存在争议且具体机制不明确。前期研究发现RIPC增高法四患者pSTAT3、HIF-1α蛋白水平，改善线粒体结构，发挥保护作用。据此提出假说：RIPC活化STAT3、稳定HIF-1α并促进其转录，增加frataxin，抑制mPTP的开放，最终保护心肌。本课题将从慢性缺氧角度探讨STAT3/HIF-1α /frataxin轴介导RIPC在慢性缺氧心肌线粒体的保护作用机制。项目拟建立慢性缺氧模型，从分子、细胞及动物等水平研究RIPC在慢性缺氧心肌保护作用机制，为慢性缺氧患者接受心脏手术时采取RIPC提供确切理论依据；寻找RIPC在慢性缺氧患者心肌保护作用的治疗靶点，为慢性缺氧患者行心脏手术时心肌缺血再灌注损伤提供新的实施预防措施。

心肌慢性缺氧是临床许多心脏疾病（如紫绀型先心病、高原性心脏病及冠状动脉粥样硬化性心脏病等）的共同病理生理过程，慢性缺氧的先心病患者（如法洛四联症，肺动脉狭窄等）在进行心脏手术时体外循环会发生心肌缺血再灌注损伤，远端缺血预处理（Remote ischemia preconditioning, RIPC）可通过释放miR-144、增加 IL-10、激活腺苷酸 A1受体、减少心肌酶释放、激活TRPV1通道、改变外周免疫反应和刺激内脏器官释放循环因子等复杂的神经体液机制来发挥保护器官缺血再灌注损伤保护作用。通过构建慢性缺氧、心肌缺血再灌注损伤及远端缺血预处理动物模型，应用病理染色、蛋白印迹、ELISA、心脏超声、透射电镜、转录组测序等技术，我们发现：（1）RIPC可改善慢性缺氧后心肌再灌注损伤心脏功能，减轻心肌细胞凋亡。（2）RIPC可以明显改善心肌缺血再灌注损伤后线粒体肿大、线粒体嵴紊乱，其可能通过影响线粒体自噬从而发挥在心肌缺血再灌注损伤中的保护作用。（3）RIPC可以明显减轻法洛四联症患者心肌线粒体肿胀，改善心肌损伤，其可能通过线粒体自噬、MAPK信号通路、NF-κB信号通路等发挥心肌保护作用。（4）RIPC可以降低法洛四联症患者心肌组织钙蛋白酶1和2水平。本研究发现了RIPC可通过促进心肌线粒体自噬在慢性缺氧心肌缺血再灌注损伤中发挥保护作用，同时结合临床，进一步发现了RIPC可减轻慢性缺氧患者接受心脏手术后心肌线粒体的肿胀。该研究为慢性缺氧患者在接受心脏手术时应用RIPC等保护措施提供了新的理论依据。