心肌外泌体-脂肪FXR调控通路：心肌梗死后低脂联素血症的关键机制

Myocardial infarction (MI) is the leading cause of heart failure. We have previously demonstrated that adiponectin reduces post-MI injury by improving mitochondrial function and sarcoplasmic reticulum Ca2+ uptake. Hypoadiponectinemia (i.e, decreased plasma adiponectin) is related to poorer prognosis post-MI. Our recent data demonstrates MI decreases adiponectin expression in white adipose tissue, leading to hypoadiponectinemia, via unknown mechanisms. After investigating several pivotal transcription factors/nuclear receptors regulating adiponectin expression in white adipose tissue, we identified nuclear farnesoid X receptor (FXR) was the only such receptor downregulated after MI, strongly implicating its involvement with MI-associated hypoadiponectinemia. The myocardium communicates with distant tissues via exosomes, cell-derived vesicles. MI modifies the quantity and content of such exosomes released by cardiomyocytes. We hypothesize that adipose FXR-adiponectin expression is inhibited by exosomes released from post-MI myocardium. The aims of this project are: (1) to determine if altered myocardial exosomes changes adipose FXR and adiponectin levels post-MI; if so, (2) to determine if FXR agonists may improve post-MI cardiac function and survival via rescuing adiponectin levels. Gene-manipulated animal models, in vitro experiments, and pharmacologic therapies will be employed to address these specific aims. This project will help discover novel potential targets preventing and treating post-MI heart failure.

心肌梗死（MI）是心力衰竭的最常见原因。申请人前期发现脂联素通过增强线粒体功能、改善内质网Ca2+摄取减轻MI损伤。低脂联素血症患者MI预后更差。我们最新研究证实，MI可明显抑制白色脂肪组织脂联素表达，导致低脂联素血症，但具体机制尚不清楚。本课题组筛查了白色脂肪中调控脂联素基因表达的多种转录因子/核受体，发现仅有FXR在MI后明显降低，极可能是导致低脂联素血症的重要机制。心肌通过外泌体（Exosomes）与其他远距离组织通讯，MI后心肌释放的外泌体数量和组分发生改变。我们提出科学假设：MI后心肌释放外泌体作用于脂肪，抑制FXR-脂联素表达，导致血浆脂联素降低。本项目拟通过分子、基因、药理干预的方法，采用模式动物结合细胞实验的研究模式，阐明MI后低脂联素血症的关键机制，探讨全身激动FXR能否通过增加脂联素水平提高MI后心脏功能和生存率。本课题可望为MI后心力衰竭的预防和治疗提供新的思路。

研究背景：脂联素（APN）具有明确的抗心肌缺血损伤作用，冠心病患者APN的表达和释放降低，导致低脂联素血症，但其发生机制尚不清楚。.方法：应用左冠状动脉结扎术建立小鼠心肌梗死（MI）模型。脂联素基因敲除（APN KO）小鼠和APN中和抗体阻断APN的作用。小分子GW4064灌胃激活全身法尼基衍生物X受体（FXR）。心肌点注射携带FXR基因的腺相关病毒9（AAV-FXR）过表达心肌组织中的FXR。离体研究采用3T3-L1脂肪前体细胞诱导的成熟脂肪细胞和原代SD乳大鼠心肌细胞。.结果：野生小鼠MI后1, 2, 4, 8周，心肌组织和白色脂肪组织中FXR的蛋白表达和活性下降。MI术后1-8周长期给予GW4064，显著增加心肌组织和白色脂肪组织中FXR的表达和活性，增加血浆APN水平。GW4064增加MI后小鼠的存活率，提高左心室射血分数（LVEF）、降低左心室舒张末内径（LVIDd）和收缩期内径（LVIDs），降低心肌纤维化面积、心脏重量/体重比、肺脏重量/体重比降低，降低心肌组织中ANP、BNP的mRNA水平，减少心肌细胞凋亡率和炎症因子，增加血管新生和线粒体生物合成。心肌点注射AAV-FXR增加心肌中FXR蛋白和活性，但不能发挥上述心脏保护作用。使用APN KO小鼠，阻断了GW4064的上述心脏保护作用。离体实验证实，GW4064增加脂肪细胞表达和释放APN，激活心肌细胞AMPK-PGC-1α信号通路，减轻心肌细胞凋亡。.结论：MI后采用GW4064长期激活白色脂肪组织FXR可以促进APN表达和分泌，APN随循环进入心肌组织，增加线粒体生物合成和血管新生，抑制纤维化、心肌肥厚、心肌细胞凋亡和炎症等多重机制，发挥改善MI后心脏重构和心脏功能的作用。本课题揭示了白色脂肪组织FXR表达和活性降低可能是引起冠心病低脂联素血症的重要机制，并验证了FXR的小分子激动剂GW4064可用于改善MI后心脏重构和心脏功能。