Atg7通过自噬和非自噬途径调控病理性心脏重构的作用及机制研究

Atg7 and Atg5 are key proteins regulating the formation of autophagy. It has been shown that cardiomyocyte specific knockout of Atg5 aggravated pressure overload induced pathological cardiac remodeling, but our primary study found that the deletion of Atg7 in cardiomyocytes ameliorated pressure overload induced pathological cardiac remodeling. Furthermore, different increased expression of Atg7 in cardiomyocytes aggravated pressure overload-induced pathological cardiac remodeling. Published studies showed that Atg7 was probably involved in the regulation of non-autophagy pathways such as P53, and that the presence of alternative autophagy pathway independent of Atg7 could compensate the traditional autophagy. Moreover, our preliminary studies found that specific deficiency of Atg7 in cardiomyocytes prevented down-regulation of AMPKα2 phosphorylation in mouse heart in the process of pathological cardiac remodeling, while overexpression of Atg7 in cardiomyocytes even promoted the hyper-phosphorylation of Akt at baseline. Taken together, we propose the hypothesis that "Atg7 may regulate pathological cardiac remodeling through autophagy and non-autophagy pathways." In the following experiments, we aim to elucidate the role and mechanisms of Atg7 in regulating autophagy and non-autophagy pathways in pathological cardiac remodeling depending on genetic mouse after pressure overload induced pathological cardiac remodeling. We also intend to test our findings in neonatal rat cardiomyocytes. Our study will provide new theoretical supplement to current autophagy research in cardiac remodeling, and provide theoretical basis for prevention and treatment of pathological cardiac remodeling by regulating autophagy.

Atg7和Atg5同为调节自噬形成的关键蛋白。已有研究表明心肌细胞中缺失Atg5加重压力负荷诱导的病理性心脏重构，而本项目前期研究发现心肌细胞中缺失Atg7改善压力负荷诱导的病理性心脏重构，转基因小鼠心肌细胞中表达不同水平Atg7均加重压力负荷诱导的病理性心脏重构。分析近年来研究发现Atg7可能参与P53等非自噬通路的调控；同时已有研究提示细胞中存在不依赖Atg7的替代自噬途径可代偿传统自噬的作用；我们前期研究还发现Atg7缺失后心脏中AMPKα2磷酸化增强，Atg7过表达后即使在基础状态下小鼠心脏中Akt磷酸化增强。据此我们提出“Atg7可能通过自噬和非自噬双重途径调控病理性心脏重构”的假说。后续拟借助基因工程小鼠和新生大鼠心肌细胞建立病理性重构模型，深入阐明Atg7调控的自噬和非自噬途径在心脏重构中的作用及机制。本研究将对当前自噬理论提供新的补充，为防治病理性心脏重构提供理论依据。

自噬相关蛋白7（Atg7）是自噬调控关键蛋白，其通过自噬和非自噬途径调控心肌重构的作用及作用机制尚未阐明。本研究通过构建心肌细胞特异Atg7缺失和转基因小鼠，并在此基础之上建立压力负荷和脂多糖（LPS）诱导的心肌重构模型，探讨了Atg7调控的自噬和非自噬作用在不同病理刺激导致的心肌重构中的作用及作用机制。.研究发现在压力负荷作用下Atg7心肌细胞特异性过表达后显著促进自噬小体生成，增多聚集的自噬小体可促进心肌细胞的凋亡；Atg7缺失后抑制自噬小体生成和聚集可显著减轻压力负荷诱导的心肌重构；进一步的转录组测序发现Atg7过表达后激活P53信号通路。RT-PCR证实Atg7过表达并没有促进p53转录水平的高表达，而是通过抑制了P53的泛素化降解导致P53的细胞内聚集。在Atg7过表达的心肌细胞中特异性缺失p53后显著抑制Atg7过表达对心肌重构的恶化作用。.在LPS诱导的炎症性重构模型中，我们进一步的证实了Atg7过表达后促进自噬小体的形成，而AMPKα2调控的溶酶体途径则显著被抑制，因此Atg7过表达的小鼠心肌细胞中自噬小体增多而自噬流则显著抑制，其结果是加剧小鼠心功能恶化和促进小鼠死亡；在Atg7过表达的小鼠心脏组织中缺失AMPKα2后显著促进Atg7过表达小鼠在LPS刺激下的死亡和心功能恶化，而在Atg7过表达的小鼠心脏组织中激活AMPKα2则显著的促进自噬流，改善Atg7过表达导致的心功能恶化和心肌细胞凋亡。此外，Atg7缺失后心肌细胞中自噬抑制导致p62的降解减少，从而抑制了Nrf2的降解，Nrf2在细胞内的聚集可激活HO-1途径，其促进抗氧化应激的酶的表达从而减轻LPS诱导的小鼠心脏氧化应激和改善小鼠心功能。. 本次研究发现Atg7相关的经典自噬并不能改善压力负荷或炎症相关的心肌重构；更有趣的是心肌细胞特异性的缺失Atg7调控的经典自噬似乎并没有影响到小鼠的生理功能和应激反应，其潜在的作用机制是接下来的重点研究方向。此外，本研究结论认为心肌细胞中特异性缺失或抑制Atg7可通过抑制自噬小体过渡堆积以及调控P53和Nrf2两条非自噬途径改善不同病理刺激下的心肌重构。