右美托咪定后处理通过抑制HIF-1α及细胞凋亡在心肌缺血再灌注损伤中的作用及机制研究

Excessive activation of HIF-1α leads to cell death via increasing pro-apoptosis, which plays an important role in the process of myocardial ischemia/reperfusion injury. On the other hand, HIF-1α is regulated by SIRT1 and FOXO3. Our preliminary experiments found that dexmedetomidine postconditioning alleviated hypoxia/reoxygenation injury in primary neonatal rat cardiomyocytes and decreased the expression of HIF-1α after reperfusion in rat heart. To this end, we propose the hypothesis: HIF-1α is the key target in myocardial protection by dexmedetomidine postconditioning with regulation of HIF-1α and inhibition of cell apoptosis via the activation of SIRT1 and/or FOXO3. To test this hypothesis, we observe myocardial injury, cell apoptosis, and the expression and activation of key factors under in vivo model of myocardial ischemia/reperfusion injury in rats and in vitro model of hypoxia/reoxygenation injury in primary neonatal rat cardiomyocytes by using various antagonists, siRNA, qRT-PCR, Western Blot, ELISA, TUNEL, flow cytometry analysis, immunohistochemistry, and echocardiography. We aim to investigate the molecular mechanisms accounting for the protective effects of dexmedetomidine postconditioning against myocardial ischemia/reperfusion injury by regulation of HIF-1α via SIRT1 and/or FOXO3 in order to provide new ideas and theoretical basis for perioperative myocardial protection.

HIF-1α的过度激活通过促凋亡途径致细胞死亡, 导致心肌缺血再灌注损伤。而HIF-1α活性受到SIRT1和FOXO3的调节。预实验发现，右美托咪定后处理改善大鼠原代心肌细胞缺氧复氧后的生存率，且降低再灌注期心肌HIF-1α表达。为此，我们假说HIF-1α是右美托咪定后处理发挥心肌保护的关键靶点，通过激活SIRT1和/或FOXO3，调控HIF-1α，抑制细胞凋亡，减轻缺血再灌注损伤。本研究使用大鼠在体心肌缺血再灌注及原代心肌细胞缺氧复氧模型，应用多种反向拮抗剂、siRNA、qRT-PCR、Western Blot、ELISA、TUNEL、流式细胞仪、免疫组化和超声心动图等手段，观察心肌损伤、细胞凋亡和关键因子的表达和激活情况，在体内外分析右美托咪定后处理通过SIRT1和/或FOXO3抑制HIF-1α和细胞凋亡途径在减轻心肌缺血再灌注损伤中的分子机制，为围术期心肌保护提供新思路和理论依据。

项目背景：心肌缺血再灌注损伤是导致围术期患者死亡的主要原因之一。HIF-1α诱导的凋亡途径是心肌缺血再灌注损伤的重要机制。近年来发现新型麻醉药物右美托咪定具有镇静、镇痛、抗焦虑、减轻应激和炎症反应、器官保护等作用。.研究内容：本研究在新生大鼠原代培养的心肌细胞中，观察右美托咪定缺氧后处理对于缺氧复氧导致的心肌细胞损伤、细胞凋亡、HIF-1α及凋亡相关基因的表达，并探讨右美托咪定通过HIF-1α调控BNIP3的转录活性减轻缺氧复氧致心肌细胞凋亡的分子机制。同时，在大鼠在体心肌缺血再灌注损伤模型中，进一步验证右美托咪定缺血后处理对于心肌损伤、心肌组织凋亡、心肌梗死面积、HIF-1α和凋亡相关蛋白表达的影响，证实右美托咪定后处理通过调控HIF-1α信号通路于大鼠在体水平发挥对缺血再灌注心肌的保护作用。.重要结果：右美托咪定缺氧后处理减轻乳鼠原代心肌细胞缺氧复氧性损伤，具体表现为改善细胞活力、减轻细胞毒性、抑制LDH释放量、恢复线粒体膜电位、减轻线粒体结构损伤、降低细胞凋亡率、调控凋亡相关蛋白BCL-2、BAX、BNIP3、cleaved caspase-3、cleaved PARP-1的表达水平、并在转录后水平抑制了HIF-1α对靶基因BNIP3的激活。特异性HIF-1α脯氨酰羟化酶-2抑制剂IOX2阻断了右美托咪定后处理对原代心肌细胞缺氧复氧的保护作用。右美托咪定后处理也可减轻大鼠心肌缺血再灌注损伤，表现为降低血清cTnI水平、减轻心肌组织凋亡、减少心肌梗死面积、调控以上凋亡相关蛋白的表达水平。而在右美托咪定使用前给予特异性HIF-1α脯氨酰羟化酶-2抑制剂IOX2则逆转了右美托咪定后处理的心肌保护作用。.科学意义：右美托咪定后处理通过作用于HIF-1α这个关键靶点，在转录后水平抑制对下游靶基因的激活，减少心肌组织和细胞的凋亡，从而减轻原代心肌细胞缺氧复氧性损伤和大鼠在体心肌缺血再灌注损伤。因此，麻醉药物右美托咪定可用于围术期高危患者提供心肌保护作用。