基于腺苷相关蛋白同步化表达探讨缺血预适应保护急性肾功能衰竭的分子机制

Adenosine is a very important physiological molecular in kidney, but its role in tissue protection during renal ischemia is just proved recently. Previous studies have found that proteins associated with adenosine generation and activation such as CD39, CD73 and A2BAR up regulated during ischemic preconditioning (IP). Furthermore, all these proteins have been proved to have important roles in IP-mediated kidney protection with gene knock-out technique. Base on these findings, we wonder if all these synchronized expressed proteins are regulated by the same signal pathway. Based on our prior experiment and widely reading, we propose our hypothesis: IP-mediated kidney protection is signaled by TLR4-PI3K pathway with activating transcription factor HIF-1 and regulating expression of adenosine associated proteins which results in increase of extracellular adenosine production and reaction with its receptors. In this study, we apply a new model of IP with a hanging-weight system for performing intermittent occlusion of the renal artery in mice; in addition, we investigate the signal mechanism of adenosine protecting ischemic renal failure from different aspects including receptors, signal molecules, transfer factors, protein expression, adenosine generation, receptor activation and total effect. With all these studies, we will give experimental proof for clinical usage of ischemic preconditioning and adenosine, and find new targets for acute renal failure prevention and treatment.

尽管腺苷作为肾脏内重要的生理活性物质发现多年，但近年来才证实其对缺血性肾衰竭有显著的保护效应。先前的研究证实在缺血预适应过程中参与腺苷产生和活化的蛋白CD39、CD73和A2BAR上调，而参与腺苷消除的蛋白ENT-2和AK却下调。借助基因敲除技术证实这些蛋白变化参与缺血预适应的保护效应。由此，我们不禁要问，这些蛋白如此同步协调表达是否存在一种共同的信号机制？在全面调研文献和预实验的基础上，我们提出：缺血预适应通过TLR4-PI3K信号通路，激活转录因子HIF-1进而调控腺苷相关蛋白表达，使细胞外腺苷增加，增加的腺苷通过其受体保护缺血性肾衰竭。为此，本研究拟采用改进的缺血预适应保护肾衰竭模型，从受体、信号分子、转录因子、蛋白表达、腺苷生成、受体活化及整体效应不同层面证实腺苷保护缺血性肾衰竭的信号机制。本研究将为缺血预适应和腺苷的临床应用提供重要实验依据，也为急性肾衰竭的防治提供新的靶点。

本课题是基于腺苷保护肾脏缺血再灌注（Ischemia reperfusion, IR）损伤的生物学效应，从腺苷生成、活化、转运和清除过程中关键蛋白分子表达特征及其调控信号角度探讨缺血预应激（Ischemia preconditioning, IP）的保护机制。课题研究内容主要包括腺苷相关蛋白（关键酶、受体、转运体及激酶）、转录因子HIF-1a、信号分子PI3K/AKT、TLR4受体等在IP和IR过程中表达特点及其相互之间相关性及因果性关系。通过本课题的研究发现：1）阐明腺苷及腺苷相关蛋白在IP和IR过程中表达特点及其与肾脏损伤程度之间的关联性。 研究发现HIF-1a、p-AKT、CD39、CD73、A1AR、A2AAR和A2BAR在IP中高表达，而A3AR、AK、ADA及ENT在IP中低表达。通过不同方式包括药物诱导上述部分腺苷相关蛋白表达，可模拟IP的保护效应；2）发现HIF-1a不仅参与IP对IR的保护作用，同时过表达或活化HIF-1a也对IR具有保护作用，进一步研究证实HIF-1a对CD39、CD73、A2AAR和A2BAR表达上调有因果性关联，但对AK、ENT-2及A3AR表达无因果性关联；3）发现PI3K/AKT信号不仅参与IP的保护作用，也影响HIF-1a表达及激活，同时也影响腺苷相关蛋白CD39、CD73、A2AAR和A2BAR表达；4）TLR4可部分影响IP和或IR过程中PI3K/AKT及HIF-1a表达及激活，但对腺苷及腺苷相关蛋白表达无显著相关性影响，整体阻断或缺失TLR4并不减轻IP的保护作用，但明显抑制单独IR诱导的急性肾脏损伤；5）研究也发现迷走神经系统参与腺苷在缺血再灌注损伤中的抗炎和肾脏保护作用。总之，通过本课题的研究，一方面明确和细化腺苷系统在肾脏缺血预适应和或缺血再灌注损伤中的作用，另一方面部分揭示调控腺苷系统的可能信号通路及机制，为下一步全面阐明缺血预适应保护机制和以腺苷及其信号机制为靶点药物开发提供新的思路。