ERK1/2/Nrf2介导Irisin改善糖尿病心肌微血管损伤的作用

Microvascular dysfunction is a common feature across diabetic cardiovascular diseases. However, few therapeutic interventions have been established. Irisin is a newly defined myokine that mediated beneficial effects of exercise. We have reported that irisin could protect major cardiovascular endothelial function in diabetes via reducing oxidative/nitrative stresses, but underlying molecular mechanisms were to be elucidated, and the effects of irisin on microvascular function were unknown. It’s reported that activation of ERK1/2/Nrf2 reduces oxidative stresses in endothelia. We assume that irisin alleviates cardiac microvascular function through activating ERK1/2/Nrf2, inhibiting activation of NADPH oxidase and reducing oxidative stresses. Therefore, our present projects are via pharmacological, genetic intervention, in vivo and in vitro, to verify a scientific hypothesis that irisin has a therapeutic effect on microvascular function in diabetes and to find its underlying mechanisms, thus provide a new therapeutic strategy for the prevention and treatment of diabetic cardiovascular complications.

微血管功能障碍是糖尿病心血管并发症的重要病理基础,目前尚无有效治疗措施。Irisin是新发现的一种肌肉因子，我们首先证实：Irisin能够通过下调NADPH氧化酶活性、减轻氧化应激而发挥糖尿病大血管内皮保护作用，但irisin对糖尿病微血管功能的影响尚不清楚。文献报道，内皮中ERK1/2/Nrf2信号通路的激活能够减轻氧化应激。综上我们推测：Irisin可以通过激活ERK1/2/Nrf2信号通路下调NADPH氧化酶活性，减轻氧化应激，保护糖尿病心肌微血管功能。本研究拟围绕此科学假说，于糖尿病动物在体和细胞模型中给予Irisin治疗及干预ERK1/2/Nrf2通路，检测心脏功能、细胞凋亡等指标，明确irisin对微血管内皮功能的治疗效果及ERK1/2/Nrf2通路在其中的作用。本研究在国际上首次探讨Irisin对糖尿病心肌微血管的影响及机制，期望为治疗糖尿病心血管并发症找到有效干预手段。

心肌微血管损伤是糖尿病心血管并发症的始动因素和重要病理基础，目前尚缺乏有效措施干预并延缓其发生发展。本研究旨在探索irisin对糖尿病心肌微血管内皮的保护作用并探讨其机制。C57BL/6小鼠通过小剂量STZ腹腔注射联合高脂饮食饲喂的方法建立2型糖尿病小鼠模型，并给予irisin治疗12周。糖尿病小鼠和正常小鼠相比心脏纵向、径向应变(strain)及应变率(strain rate)均显著下降，射血分数（EF）和短轴缩短率（FS）明显降低，微血管内皮连接不完整，Irisin治疗可以明显改善心功能（P均＜0.05），增加糖尿病小鼠心肌微血管内皮数量（P＜0.01）。原代培养的CMEC中，Irisin可以明显减少高糖高脂引起的细胞凋亡、LDH释放，并能够促进细胞迁移（P＜0.05）。为探寻其机制，体外检测了Irisin对增殖、迁移、血管新生、抗氧化、线粒体功能相关的20种mRNA水平的影响，发现Irisin能够显著升高HO-1、SOD1、SOD2的mRNA水平（P＜0.01）。Western Blot显示，抗氧化蛋白HO-1、SOD1、SOD2的水平也显著性升高（P＜0.01），其中HO-1倍数升高最多。直接分离Irisin治疗的糖尿病小鼠CMEC，HO-1水平明显高于糖尿病小鼠CMEC。DCFH-DA染色显示，Irisin可以明显减少高糖高脂诱导的ROS产生。此外，Irisin明显升高p-ERK1/2水平，其抑制剂U0126能够抑制Irisin引起的HO-1水平升高(P all ＜0.05)。U0126及HO-1的siRNA均明显抑制Irisin的促进细胞迁移、减轻细胞损伤及凋亡的作用(P all ＜0.05)。免疫荧光及Western Blot显示，Irisin能够促进Nrf2核转位，U0126能够阻止该作用。Nrf2的siRNA可以抑制Irisin引起的HO-1表达水平上升及促细胞迁移、抗凋亡作用，而HO-1的siRNA对Nrf2核转位无影响。Irisin在CMEC中通过激活ERK1/2/Nrf2/HO-1信号通路，减轻氧化应激、减少凋亡，发挥减轻糖尿病心肌微血管功能障碍、改善心功能的作用，有望成为治疗糖尿病微血管内皮损伤的药物。