IGF-1 介导的 T3 预处理在新生小鼠梗死心肌再生过程中的作用及机制研究

Recent study shows that in mice during preadolescence, cardiomyocytes undergo a burst of proliferation that is related to a thyroid hormone surge. Several independent groups prove that neonatal mouse heart has the transient capacity to regenerate after injury, however, the regulating mechanisms are still not clear.T3 regulates IGF-1 mRNA expression, and IGF-1 regulates cell growth, proliferation, differentiation, apoptosis and survival through PI3K/Akt pathway. Our preliminary study shows that pretreatment with T3 significantly upregulats p-IGF1R expression of cardiomyocytes. Using the inducible deletion of IGF-1R in mice cardiomyocyte model, we will investigate the involvement of specific IGF-1 pathway proteins in the developing hearts. We will investigate the effects and mechanisms of IGF-1 pathway on cardiomyocyte proliferation under different conditions. Finally, we will examine whether manipulating IGF-1 pathway can improve the regeneration efficiency of neonatal mouse heart after injury. This study could lead to new strategies for cardiac repair.

青春期前小鼠心肌细胞经历了短暂的爆发性增殖，此过程与甲状腺激素及 IGF-1/Akt 信号通路有关。多种心脏损伤模型的研究证实新生小鼠心肌有再生潜能；但这种潜能局限于短暂的时间窗，调控机制尚不完全清楚。T3 通过甲状腺激素受体调控 IGF-1 的表达；IGF-1 通过激活 PI3K/Akt 信号通路调控细胞的生长、增殖、分化、凋亡和存活。前期试验发现 T3 预处理显著增加缺血模型下新生小鼠心肌细胞磷酸化 IGF-1R 的表达。本项目拟用野生型及诱导性心肌细胞特异 IGF-1R 基因敲除小鼠为试验对象，观察 IGF-1 及其介导的信号通路关键分子在小鼠心脏发育不同时间点表达的变化及与心肌细胞增殖的关系；观察 IGF-1 介导的信号通路体外对不同条件下 T3 预处理的心肌细胞增殖及凋亡的影响，并阐明其机制；进一步探讨体内调控 IGF-1 介导的信号通路能否改善梗死后心肌细胞再生的潜能。

明确IGF-1介导的信号通路对不同条件下T3预处理的心肌细胞生长、增殖、分化、凋亡和存活的影响，并进一步探讨调控IGF-1介导的信号通路在T3预处理减少小鼠心肌梗死后心肌损伤中的作用及机制。结果发现：（1）与对照组相比，IGF-1、PI3K/Akt信号通路在T3预处理的缺氧/复氧诱导的心肌细胞中的表达显著增加，拮抗IGF-1及PI3K/Akt信号通路可以抑制T3对心肌细胞的作用。（2）缺氧/复氧条件下，T3预处理可显著增加心肌细胞存活率，减少凋亡蛋白cleaved Caspase-3、Bax的表达，增加心肌细胞线粒体膜电位，起到抗凋亡作用；拮抗PI3K/Akt信号通路后，凋亡率显著增加，凋亡蛋白cleaved Caspase-3、Bax的表达增加，心肌细胞线粒体膜电位下降；（3）缺氧/复氧条件下，T3预处理减少缺氧/复氧损伤对心肌细胞L-型Ca2+通道电流的抑制，维持心肌细胞L-型Ca2+通道电流大小，降低NCX1表达增加，增加SERCA2a蛋白的表达，保护心肌细胞；拮抗PI3K/Akt信号通路后，心肌细胞L-型Ca2+通道电流显著减小，NCX1表达增加，SERCA2a蛋白表达降低。（4）缺氧/复氧条件下，T3预处理抑制了缺氧/复氧损伤导致的心肌细胞快钠电流、晚钠电流和钠钙交换电流的升高，降低了细胞内Ca2+聚集，缩短了动作电位时程。（5）缺血/再灌注损伤后，T3预处理可增强小鼠左室射血功能，改善梗死周边区心肌细胞断裂、炎症浸润及纤维化，改善心功能，减轻了缺血/再灌注损伤后心肌细胞的氧化应激损伤，抑制了细胞内和线粒体ROS的大量产生；拮抗PI3K/Akt信号通路后，心脏射血分数显著下降，梗死周边区心肌细胞断裂、炎症浸润及纤维化加重，心肌细胞的氧化应激反应加重。（6）心肌梗死后，T3预处理可显著改善小鼠心功能，减少心肌梗死面积、心肌细胞凋亡和炎症反应，明显减少心肌纤维化和心室重构，促进梗死周边区血管新生；拮抗IGF-1/PI3K/Akt信号通路后，梗死周边区的细胞凋亡、炎症反应显著增加，心室增大，心功能恶化，心肌纤维化加重，梗死周边区血管新生显著减少。IGF-1介导的信号通路对不同条件下T3预处理的心肌细胞和梗死后心肌具有保护作用。