AMPK/p38MAPK信号途径在体外循环缺血再灌注心肌胰岛素抵抗形成中的作用

The myocardial ischemia-reperfusion injury (MIRI) is one of the main reason to cardiac dysfunction which is even leading to the death after a open heart surgery by cardiopulmonary bypass. However, the mechanism of MIRI remains to be fully elucidated. Our previous studies have shown that myocardial insulin resistance (IR) might be another important mechanism of MIRI, involving abnormal expression and transport barriers of Glut4 in the cardiac muscle cell. Recent literatures indicated that AMP-activated protein kinase (AMPK) and p38 mitogen activated protein kinases (MAPKs) involve in the regulation of expression and transport of Glut4 in the cardiac muscle cell. Therefore, by using MIRI animal model combing Western blot, confocal laser scanning microscope, immunohistochemistry and so on in this study, we aim to further observation of changes in expression levels and phosphorylation of AMPK/p38MAPK in myocardial IR, and investigate the relationship between the transmission of the pathway and abnormal expression and transport barriers of Glut4 in myocardial IR, and finally, combine cDNA array technology, bioinformatics analysis, RNAi techniques, and so on, to explore its related potential molecular mechanisms, and to further elucidate the mechanism of CPB-myocardial IR and provide an important academic and practical significance for prevention and treatment of MIRI.

心肌缺血再灌注损伤（MIRI）是临床体外循环（CPB）心脏直视手术术后心功能障碍甚至导致死亡的主要原因之一，其发生机制至今仍未完全阐明。我们的前期研究显示，心肌胰岛素抵抗（IR）可能是MIRI的又一重要机制，涉及到心肌细胞Glut4表达异常和转位障碍。近来的研究发现，腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）、p38丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）参与调控心肌细胞Glut4的表达和转位过程。本研究拟在已有的工作基础上，利用MIRI动物模型，整合Western bolt、激光共聚焦和免疫组化等技术进一步观察心肌IR中AMPK/p38MAPK的表达及磷酸化水平变化，并研究该信号途径传递与心肌IR中Glut4表达异常和转位障碍的关系，最后结合基因芯片、生物信息学分析和RNAi技术等，探讨其相关分子机制，进一步阐明体外循环心肌胰岛素抵抗的发生机制，对MIRI的防治具有重要的学术价值及现实意义。

心肌缺血再灌注损伤（MIRI）是临床体外循环（CPB）心脏直视手术术后心功能障碍及死亡的主要原因之一，其发生机制至今仍未完全阐明。我们的前期研究发现，心肌胰岛素抵抗（IR）可能是MIRI的又一重要机制，涉及到心肌细胞Glut4表达异常和转位障碍。近来的研究发现，腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）、p38丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）参与调控心肌细胞Glut4的表达和转位过程。本研究拟在已有的工作基础上，利用MIRI动物模型，整合Western bolt、激光共聚焦和免疫组化等技术进一步观察心肌IR中AMPK/p38MAPK的表达及磷酸化水平变化，并研究该信号途径传递与心肌IR中Glut4表达异常和转位障碍的关系，最后结合基因芯片、生物信息学分析和RNAi技术等，探讨其相关分子机制，进一步阐明体外循环心肌胰岛素抵抗的发生机制，对MIRI的防治具有重要的学术价值及现实意义。我们的结果显示：缺血再灌注后心肌细胞会出现胰岛素抵抗和葡萄糖代谢紊乱及利用障碍；增强AMPK活性后，Glut4表达升高，心肌细胞对葡萄糖摄取及利用增强，心肌细胞胰岛素抵抗减弱，MIRI损伤减轻，而抑制AMPK活性后的作用则相反；抑制p38MAPK的活性后，Glu4的表达下降，心肌细胞胰岛素抵抗增强，MIRI损伤加重，提示Glut4的表达异常是心肌细胞缺血再灌注损伤后胰岛素抵抗的重要机制，而AMPK/p38MAPK可能是参与介导这一机制的信号传导通路。此外，抑制心肌细胞AMPK或p38MAPK活性后，cDNA芯片检测结果显示PGC1α和Mfn2c分别为AMPK和p38MAPK信号途径的下游靶基因。因此，本项目揭示了AMPK/p38MAPK通过下游靶基因PGC1α/ Mfn2c影响Glut4表达及功能，进而调节体外循环缺血再灌注心肌胰岛素抵抗发生的新机制。