PGC-1α调控间充质干细胞耐受凋亡在治疗糖尿病下肢缺血中的机制研究

Transplantation of stem cells provides a new strategy for the treatment of diabetic lower limb ischemia. But the apoptosis of a large number of stem cells after the transplantation is one of the key issues which restricts its efficacy now. Our preliminary work discovered and reported: the upregulation of peroxisome proliferation activated receptor gamma coactivator 1 alpha (PGC-1α) could increase the expression of Bcl-2, and effectively reduce the apoptosis of stem cells which was induced by diabetic ischemia after transplantation (published in the international magazine "Diabetes"). But the specific mechanisms of this effect are not yet clear. Through further research, we hypothesized: PGC-1α might interact with the nuclear receptors [ERRα and (or) PPARγ], which was related to the ischemia-Bcl-2-mitochondrial apoptotic pathway, and regulated the expression of Bcl-2. In this project, after transplanted into or cultured in the diabetic ischemia model in vivo or in vitro, the apoptosis of stem cells and the expression levels of PGC-1α and ERRα/PPARγ in mesenchymal stem cells were observed. And after blocking ERRα/PPARγ, the expression of Bcl-2 protein and this effect on the mitochondrial apoptotic pathways in PGC-1α-MSCs were observed. The molecular mechanism of the role of PGC-1α in the resistance to apoptosis may be discovered, which could provide new ideas and the basis of the theory for reducing the apoptosis of stem cells after transplantation and improving the treatment effect of diabetic lower limb ischemia.

干细胞移植为糖尿病下肢缺血的治疗提供了新策略，但移植后干细胞的大量凋亡是目前制约其疗效的一个关键问题。我们前期工作发现并报道：上调过氧化物酶增殖体激活受体γ辅激活因子1α(PGC-1α)能增加Bcl-2的表达，有效减少糖尿病缺血诱导的移植干细胞凋亡（已在国外期刊《Diabetes》上发表）。但其具体作用机制尚未明确。通过进一步研究，我们假设：PGC-1α可能与缺血-Bcl-2-线粒体凋亡途径相关的核受体[ERRα和（或）PPARγ]相互作用而调控Bcl-2的表达。因此,本项目拟于在体和离体糖尿病下肢缺血模型上，观察间充质干细胞凋亡以及PGC-1α和ERRα/PPARγ表达的规律；观测阻断ERRα/PPARγ后PGC-1α调控Bcl-2蛋白的表达活性及其对线粒体凋亡途径的影响，揭示PGC-1α抗凋亡作用的分子机制，为减少移植干细胞的凋亡，提高其治疗糖尿病下肢缺血的疗效提供理论依据和新的思路。

糖尿病周围血管疾病患病率高达25%，其病程进展时，糖尿病患者下肢严重缺血，引起足部溃疡经久不愈，下肢（趾）坏疽，导致被迫截肢（趾），甚至危及患者生命。糖尿病周围血管疾病的病理生理特征是弥漫性血管狭窄、闭塞，血管新生的能力差，侧枝循环不易建立，因而药物治疗和单一的血管重建治疗时间长，花费大，疗效不佳。因此，临床上迫切需要找到新的方法治疗糖尿病周围血管病变.干细胞移植为糖尿病下肢缺血的治疗提供了新的策略，但移植干细胞的大量凋亡是目前制约其疗效的一个关键问题。我们的前期研究PGC-1α具有较强的抑制移植干细胞凋亡的保护作用，并已证实这一作用主要是通过上调Bcl-2的表达来完成的。进而提出了“PGC-1α- ERRα/PPARγ-Bcl-2”作用通路假说。本项目在小鼠糖尿病下肢缺血模型内，观察MSCs移植后细胞凋亡的规律，明确MSCs内PGC-1α调控ERRα/PPARγ和Bcl-2蛋白家族的表达特点。并在离体糖尿病缺模型下，揭示PGC-1α调节对MSCs线粒体凋亡途径、Bcl-2家族蛋白表达的影响，明确PGC-1α通过ERRα/PPARγ调控Bcl-2的分子机制。结果发现：1.在高糖、缺氧、营养缺乏培养条件（体外糖尿病缺血条件）下，间充质干细胞中PGC-1a可以减少ROS的表达，稳定线粒体膜电位及其结构，减少细胞凋亡，进一步提示PGC-1α- 线粒体想过受体-Bcl-2抗凋亡作用的分子作用机制，为提高移植干细胞的存活率及其疗效提供一种新思路、新靶点。2.缺氧、无血清及高糖诱导下,拮抗ERRα受体可以使MSCs的凋亡率减少、Bcl-2/Bax比例升高,提示ERRα在细胞耐受凋亡过程中可能发挥重要保护作用。3.在高糖、缺氧、营养缺乏培养条件（体外糖尿病缺血条件）下，间充质干细胞中特异性阻断ERRα受体，可以减少PGC-1a过表达后引起的Bcl-2表达增加的效应，同时减少PGC-1a抗凋亡的作用，而阻断PPARγ受体对PGC-1a的抗凋亡作用没有影响，这为提高移植干细胞的存活率及其疗效提供一种新靶点(尚未发表).