FoxO3调控的线粒体自噬在严重烧伤后骨骼肌消耗中的作用及其机制研究

Severe burns are typically followed by hypermetabolism that is characterized by significant muscle wasting, which causes considerable morbidity and mortality. Papers published in the Trends Endocrinol Metab 2013(12) and others indicate that enhancing autophagic activation is one of the important factors for skeletal muscle wasting, and FoxO3 plays a vital role in regulating mitophagy in skeletal muscle cell. However, the role of FoxO3a，mitophagy in severe burns-induced skeletal muscle wasting is still unknown. Paper published in Burns 2013(6) and our previous results demonstrate that severe burns could cause the damage of mitochondrial structure，mitochondrial dysfunction，mitophagy increases and FoxO3 higher expression in skeletal muscle. So, FoxO3 may have the role of regulation mitophagy, and then influence on skeletal muscle wasting post severe burns. The main research contents of this project include as follows: (1) to investigate the role of mitophagy in skeletal muscle wasting; (2) to evaluate the feasibility of FoxO3-mediated mitophagy in skeletal muscle post severe burns; (3) to reveal whether via FoxO3/Mul1/Mfn2, FoxO3/Bnip3 signaling pathway of mitophagy, FoxO3 has the role of regulating skeletal muscle wasting post severe burns. The results of this project may provide the theoretical foundation and potential target for clinical therapy of severe burns-induced skeletal muscle wasting.

骨骼肌消耗是严重烧伤高代谢的典型表现之一，严重影响患者的生存及预后。《Trends Endocrinol Metab》2013(12)文章等显示细胞自噬增强是骨骼肌消耗的重要因素之一， 而FoxO3是骨骼肌细胞中线粒体自噬的重要调控因子。但烧伤后FoxO3与线粒体自噬及骨骼肌消耗的相关性未见报道。《Burns》2013(6)文章及我们前期研究表明，烧伤可导致骨骼肌细胞线粒体结构功能紊乱、自噬增加以及FoxO3活性增高。因此， FoxO3可能通过调控线粒体自噬而影响烧伤后骨骼肌消耗。本课题拟：（1）探讨线粒体自噬与烧伤后骨骼肌消耗的关系；（2）明确烧伤后FoxO3对线粒体自噬的调控作用；（3）研究FoxO3是否通过FoxO3/Mul1/Mfn2、FoxO3/Bnip3等通路调控线粒体自噬进而影响严重烧伤后骨骼肌消耗。拟通过以上研究丰富严重烧伤后骨骼肌消耗发生的机制，为临床治疗提供理论依据。

骨骼肌消耗是严重烧伤高代谢的典型表现之一，严重影响患者的生存及预后。但目前为止，严重烧伤骨骼肌消耗的分子机制还不完全清晰。线粒体在维持细胞稳态中起着重要的作用，一方面为细胞生存提供能量和生物合成的底物，另一方面, 代谢过程产生的活性氧（ROS）会引起线粒体损伤，启动细胞线粒体凋亡途径。在本课题中，我们采用30% III度烧伤大鼠模型，发现伤后3h烫伤远端的胫骨前肌中即出现线粒体结构紊乱、呼吸功能降低的现象。随后在建模3、7、14天观察，发现伤后3天组胫骨前肌细胞中存在明显增多的线粒体自噬体，但伤后7及14天几乎观察不到线粒体自噬现象，但出现了大量肿胀、髓样鞘结构的线粒体。此外，线粒体自噬特定Bnip3蛋白表达呈现先升高后降低的趋势，而自噬标志蛋白LC3II持续升高。这说明烧伤可以诱发大鼠骨骼肌细胞线粒体损伤及线粒体自噬降低。. 细胞主要通过自噬机制选择性地清除受损伤的线粒体。为了揭示线粒体自噬降低是否与烧伤后骨骼肌消耗相关，我们应用环孢霉素A(CsA)抑制线粒体自噬及AntimycinA激活线粒体自噬比较烧伤后3组大鼠骨骼肌消耗。结果发现，给予AntimycinA后大鼠胫骨前肌与体重比值明显高于单纯烧伤组，而给予CsA组则相反。这说明烧伤后骨骼肌细胞大量线粒体损伤，线粒体自噬降低，损伤的线粒体无法得到及时清除，并产生大量ROS，进一步引起细胞的凋亡坏死及骨骼肌消耗。. 我们采用尾静脉注射慢病毒构建 FoxO3沉默的稳系大鼠，进一步研究烧伤后骨骼肌细胞线粒体自噬改变的分子机制。研究发现，相比野生型大鼠，致伤后FoxO3沉默大鼠骨骼肌出现了更多损伤的线粒体以及自噬体减少，同时线粒体自噬相关Bnip3蛋白及Mul1因子表达明显降低。由此说明，烧伤后机体可以通过FoxO3/Mul1/Bnip3途径调控骨骼肌线粒体自噬，从而影响骨骼肌消耗。. 总之，本实验发现线粒体自噬降低与严重烧伤后骨骼肌消耗紧密相关，可通过调控FoxO3/Mul1/Bnip3通路影响严重烧伤后骨骼肌消耗。这一新发现将丰富我们对导致烧伤后骨骼肌消耗的生化和分子事件的理解，有助于为临床治疗提供理论依据。