BI1/FUNDC1/线粒体自噬信号通路在心肌微循环再灌注损伤中的机制研究

Cardiac microvascular dysfunction plays a pivotal role in myocardial reperfusion injury. Mitochondria modulate the functionality and structure of microvasculature via mitophagy and mitochondrial division. Our previous studies have reported that FUNDC1 mitophagy benefits reperfused myocardium. However, the role of FUNDC1 mitophagy in microvascular reperfusion injury has not been explored. BI1 has been shown to sustain mitochondrial homeostasis. However, it remains unknown whether BI1 is implicated into the modulation of FUNDC1 mitophagy in the microvascular reperfusion injury. Besides, mitochondrial fission has been acknowledged as a pathogenesis for the development of microvascular reperfusion injury. However, there is no study to explore whether FUNDC1 mitophagy could handle mitochondrial fission and thus preserves mitochondrial function and endothelial viability. In the current study, transgenic mice and loss- and gain-of-function assays are performed to verify the protective role played by BI1/FUNDC1/mitophagy axis in attenuating microvascular reperfusion injury through inhibiting mitochondrial fission in vivo and in vitro. Our finding would provide an insight into the molecular mechanisms underlying microvascular reperfusion injury and might offer a potential target for the treatment of microvascular damage in clinical practice.

微循环破坏在心肌再灌注损伤中扮演着核心角色，线粒体通过自身的损伤性分裂和保护性自噬清除，对再灌注损伤信号进行修饰，介导内皮的凋亡或存活，从而精确调节微循环的结构和功能。本团队前期发现FUNDC1线粒体自噬对再灌注心肌的保护作用，但其在心肌微循环中的作用以及上下游调控机制仍不清楚。课题组近期发现BI1具有内皮线粒体保护作用，但BI1能否通过调节FUNDC1线粒体自噬进而减轻微循环再灌注损伤还未见报道。线粒体分裂已被认为是心肌微循环再灌注损伤的重要发病机制，但FUNDC1线粒体自噬能否通过拮抗线粒体分裂从而保护微循环功能还不明确。本项目利用转基因鼠、蛋白敲低和过表达等技术，从分子、细胞、动物水平，阐明过表达BI1通过激活FUNDC1进而提高保护性线粒体自噬，随后对抗线粒体分裂，减轻内皮线粒体破坏，最终挽救微循环再灌注损伤的分子机制。为微循环保护提供了坚实的基础证据和可供参考的干预分子靶点。

急性心梗对心肌的破坏包括缺血损伤和再灌注损伤两部分。在过去二十年里，大量的研究都将关注点聚焦在心肌细胞的再灌注病理损伤机制中，而忽视了心肌上游的微循环破坏。而在微循环稳态调控中，线粒体起着不可替代的作用。线粒体通过自身的损伤性分裂和保护性自噬清除，对再灌注损伤信号进行修饰，将胞外信号传递给内皮细胞，介导内皮的凋亡或存活，从而精确调节微循环的结构和功能。本研究利用WT小鼠、BI1和FUNDC1转基因鼠和基因敲除小鼠, 体外建立心肌再灌注损伤模型。同时从上述老鼠心脏组织中分离心肌微循环内皮细胞（CMEC），在体外建立缺氧复氧损伤模型。动物水平，利用免疫组化、免疫荧光、western blot、qPCR、超微结构电镜等实验方法，观察微循环舒张功能、屏障功能、管腔结构、内皮凋亡等变化；细胞水平，利用线粒体提取、qPCR技术、荧光探针、western blot、干扰RNA敲低、免疫荧光共定位染色等技术，观察线粒体能量代谢、线粒体ROS生成、线粒体cyt-c渗出、心磷脂氧化、线粒体膜电位、mPTP开放、线粒体分裂、线粒体凋亡通路等变化。研究结果证实BI1在心肌微循环再灌注损伤后显著下调，恢复BI1表达可恢复内皮的屏障功能、改善微循环狭窄、提高内皮舒张功能、减轻局部炎症反应、提高内皮细胞存活。机制上，BI1可以通过抑制ROS介导的F-actin解聚从而抑制线粒体分裂、降低Drp1磷酸化、改善线粒体融合。同时BI1可以上调FUNDC1转录并提高FUNDC1依赖的线粒体自噬，继而加强线粒体应激相关基因的转录，最终改善微循环缺血再灌注损伤。本研究确立了基于BI1调控的线粒体稳态为核心的微循环再灌注损伤病理生理机制，为临床干预心肌微循环再灌注损伤提供了潜在的分子靶点。