稀有人参皂苷改善胰岛素抵抗背景下心肌缺血/再灌注损伤的研究——基于Randle cycle调节

Attenuating cardiac ischemia-reperfusion injury is an important issue to be considered in the clinic. However, the protective effects of many drugs used in the basic studies cannot re-appear in the clinic because of ignoring the sustaining presence of cardiovascular risk factors（such as obesity, type 2 diabetes, hyperlipoidemia and hypertension）facing the clinical subjects. China in the 21st is challenged by obesity and diabetes, therefore we try to study the protective role of rare ginsenosides in the prevention and treatment of cardiac ischemia-reperfusion injury and the underlying mechanisms in the setting of insulin resistance. We will first extract and purify the rare ginsenosides from steamed notogensing. Then, the cellular and animal insulin resistance and ischemia-reperfusion injury models will be prepared for the evaluation of the effect of rare ginsensides when used during different periods. Finally, we will try to study the pathways and molecular targets of the rare ginsenosides by focusing on glucose-fatty acid cycle (also called Randle cycle) and mitochondrial metabolic homeostasis. This work will provide not only a new candidate drug for the prevention and treatment of cardiac ischemia-reperfusion injury, but also some helpful experiences for other investigators.

减轻心肌缺血-再灌注损伤是临床治疗缺血性心血管疾病需要面对的重要问题。药物防治的基础研究通常忽略了临床患者实际所处的多种危险因素(如：肥胖、2型糖尿病、高血脂、高血压等)存在背景，导致药效无法在临床重现。肥胖、2型糖尿病是中国面临的巨大危机，因此在本项目研究中，我们拟在胰岛素抵抗背景下，研究稀有人参皂苷对缺血-再灌注心肌的保护作用。首先，我们从熟三七中分离获得高产率稀有人参皂苷，再从细胞、离体心脏和整体动物水平建立胰岛素抵抗模型及缺血/缺氧-再灌注/复氧模型，考察稀有人参皂苷在不同阶段给药对心肌的保护作用。然后，以胰岛素抵抗状态下心肌葡萄糖-脂肪酸循环（Randle cycle）调节和线粒体代谢稳态作为切入点，研究稀有人参皂苷对抗心肌缺血-再灌注损伤的作用环节和分子机制。本项目的顺利完成不仅为防治心肌缺血-再灌注损伤提供候选药，也可为其他相关新药研究提供借鉴。

项目背景：再灌注损伤严重影响心肌缺血性疾病治疗的临床效果，其中一个主要原因是基础研究中所使用的动物模型缺乏病理性背景，而肥胖相关的胰岛素抵抗状态是缺血性疾病最常见的病理背景。人参、三七是临床治疗心肌缺血性疾病的常用中药，稀有人参皂苷是二者的有效组分群，但其对心肌缺血/再灌注损伤的效应和机制不清楚。本项目以高脂诱导的胰岛素抵抗状态为背景，围绕葡萄糖-脂肪酸循环（Randle cycle）与线粒体稳态的相关性，研究稀有人参皂苷对心肌缺血/再灌注损伤的防治效应与机制，取得了如下主要成果：. 重要结果与关键数据： (1) 稀有人参皂苷改善高脂诱导的全身性和心肌胰岛素抵抗，纠正心肌Randle cycle，降低心肌细胞氧耗率和活性氧的产生，从而提高心肌对缺血、缺氧损害的耐受力，改善心肌重构与心功能。（2）稀有人参皂苷Rg5激活Akt，在高脂肪酸微环境下调节己糖激酶（HK-II）与Drp1和线粒体的结合，抑制心肌线粒体裂分，改善线粒体形态和结构稳态，降低心肌缺血/再灌注损害。（3）高脂肪酸氧化诱导心肌细胞产生缺氧微环境，引起琥珀酸蓄积。琥珀酸通过上调低氧诱导因子（HIF1ɑ）、诱导GPR91内化，使PDK4上调而抑制心肌葡萄糖氧化代谢，降低心肌对缺血/再灌注损害的抵抗力。人参皂苷通过抑制脂肪酸氧化干预上述过程。. 科学意义：（1）从心肌线粒体代谢稳态角度阐述中药“治未病”的科学依据：在动物和细胞水平证明改善胰岛素抵抗及调节糖脂代谢能提高心肌对缺血/再灌注损害的耐受力。（2）揭示中药防治心肌缺血性疾病的潜在效应靶：线粒体结构与功能稳态是关键环节，与其密切关联的Akt、HK-II、琥珀酸脱氢酶（SDH）、Drp1、GPR91、PDH与PDK4是潜在的靶点。（3）证明稀有人参皂苷与主要人参皂苷均能改善心肌缺血性疾病的病理背景，在高脂负荷微环境下，能增强心肌对缺血/再灌注（或缺氧/复氧）损害的耐受力，改善心功能。