心脏靶向敲除FoxO3a基因调控心肌梗死及其修复的作用机制

Myocardium infarction (MI) is one of the major fatal diseases which influence the health of Chinese population. However, ideal drugs or therapies remain deficiency at present. Previous studies have revealed that FoxO3a plays an important role in MI and regeneration of infarcted myocardium. But the detailed mechanism mediated by FoxO3a remains unclear. My previous research has indicated that FoxO3a pathway in cardiac microvascular endothelial cells (CMECs) is activated by ischemia and hypoxia. Nevertheless, knockdown of FoxO3a by shRNA in CMECs not only further increases injury induced by ischemia and hypoxia, but also promotes ROS generation. Based on our previous a series of researches and findings, we hypothesize that FoxO3a pathway may protect heart cells from ischemia and hypoxia by regulating homeostasis of ROS. This program will make use of the mice model with conditional knockout of FoxO3a gene in heart tissue to: (1) explore the endogenous relationship between FoxO3a pathway and MI; (2) explore the mechanism by which FoxO3a regulates biological function of heart cell types; (3) elucidate the molecular mechanism underlying MI and regeneration of infarcted myocardium regulated by FoxO3a pathway. Thereby identifying the key targets regulated by FoxO3a pathway which are responsible for MI and regeneration of infarcted myocardium, and establishing effective targeting therapy. The expected evidence from this program will provide novel theory and therapy targets for MI and regeneration of infarcted myocardium.

心肌梗死（MI）是影响我国人口健康的重大致死疾病之一，目前仍无理想的根治药物及疗法。既往研究提示：FoxO3a是MI及其修复的重要调控因子，但其具体功能角色仍然不清。申请者前期研究表明：心脏微血管内皮细胞缺血损伤过程中FoxO3a活性显著升高，但其靶向抑制不但进一步恶化心脏细胞的缺血缺氧损伤，而且促进活性氧的大量产生。基于上述发现，我们建立了“FoxO3a可能通过调控活性氧的动态平衡而有效保护心脏构成细胞缺血缺氧损伤”的研究假想。本项目将利用FoxO3a基因的心脏条件性敲除小鼠模型、MI疾病模型及靶点分析技术等：①揭示FoxO3a与心肌梗死的内在联系；②探明FoxO3a介导心脏构成细胞生物学功能的作用机制；③阐明FoxO3a调控心肌梗死及其修复的分子机理。进而甄别出FoxO3a调控心肌梗死及其修复与再生的关键靶点，并建立起有效的靶向干预疗法，为梗死心肌修复与再生提供新的理论与靶点。

心肌梗死是影响我国人口健康的重大致死疾病之一，目前仍无理想的根治药物及疗法。我们前期研究表明：转录因子FoxO3a可能在心肌损伤及其修复过程中发挥重要作用，但其机制仍然不清。本项目重点开展了以下研究：（1）FoxO3a在心肌损伤过程中的表达变化规律；（2）心脏敲除FoxO3a对小鼠心功能和心肌细胞增殖、成核、数量的影响研究；（3）心脏特异性敲除FoxO3a对小鼠损伤心肌修复与再生的影响。结果表明：（1）FoxO3a在心肌组织及心肌细胞中存在基础性表达，且主要表达在细胞核内；（2）敲降FoxO3a对大鼠心肌细胞H9C2和小鼠原代心肌细胞增殖有促进作用；（3）心肌敲除FoxO3a促进心肌细胞增殖；（4）心肌敲除FoxO3a改善非损伤小鼠的心功能；（5）心肌敲除FoxO3a进一步恶化心梗小鼠的心功能。上述研究结果进一步提示：FoxO3a对心肌细胞增殖及正常心功能的维持具有重要的调控作用，有望为损伤心肌的修复与再生提供新的干预靶点。依托本研究项目的实施，申请人已经以通讯作者在Aging Cell、FASEB J、J Cell Physiol、Sci Rep等期刊上发表标注本基金资助的SCI论文9篇；申报并授权专利3项；后续获批国家自然科学基金面上项目1项，“国家重点研发计划”1项；已培养3名硕士研究生及2名博士研究生。在本项目研究的基础上，利用本项目研究过程中所建立的细胞及动物模型，以及相应的分析技术与平台，将为后续深入研究FoxO3在心脏再生过程中的作用机制奠定基础。