自噬激活新信号——TXNIP上调诱导过度自噬促进心肌再灌注损伤

Restoring blood flow during ischemia plays a crucial role in limiting myocardial infarct size and maintaining cardiac function. However, it can also trigger adverse effects that damage myocardium known as ischemia reperfusion injury. The mechanism of reperfusion injury is still unknown. Autophagy plays bilateral roles during ischemia and reperfusion. Autophagy is protective during ischemia, whereas it is detrimental during reperfusion. However, the mechanism by which the autophagy is excessively activated during reperfusion is still unclear. TXNIP is involved directly in a key switch from aerobic to anaerobic metabolism and regulating antioxidant. Through our pilot studies, we found for the first time that TXNIP was increased during myocardial ischemia/reperfusion (MI/R); TXNIP overexpressed mice showed enhanced autophagy activation; TXNIP directly interacted with an autophagy regulator REDD1. Therefore, in the following studies, we aim to investigate whether TXNIP can regulate autophagy through REDD1 and lead to increased myocardial reperfusion injury. Our results may shed new light on how autophagy is regulated during MI/R and indicate a new therapeutic target.

心肌缺血治疗的关键是尽早实现再灌注，而随着血流的再通却可出现再灌注损伤，其机制尚未完全阐明。自噬在细胞损伤与适应中起到重要作用。缺血期，心肌自噬水平升高并具有抗缺血的保护作用。在再灌注期，本应下降的自噬信号却仍被进一步激活，加重再灌注损伤。但再灌注导致自噬继续升高的原因及机制现仍不清楚。硫氧还蛋白相互结合蛋白（TXNIP）是机体内调节氧化应激及能量代谢的重要蛋白。我们新近的预实验首次发现：TXNIP在心肌缺血再灌注时表达升高；TXNIP过表达小鼠再灌注时心肌自噬增加，敲除小鼠则降低；TXNIP可与自噬调控蛋白REDD1相互结合。上述结果提示，TXNIP可能直接参与了自噬调控。因此，本课题拟在前期研究基础上，应用基因干预方法，研究TXNIP能否通过REDD1等信号增加自噬，进而促进再灌注损伤，以期望揭示心肌再灌注时自噬激活的一条全新信号通路，并为干预再灌注损伤提供新靶点。

在心肌缺血再灌注(MI/R)中，不足，抑或过度的自噬水平可导致更进一步的心肌损伤。然而，在MI/R过程中，自噬水平是如何被调控的，其机制目前仍未完全阐明。硫氧还蛋白相互结合蛋白(TXNIP)是机体内调节氧化应激及能量代谢的重要蛋白，且与MI/R损伤密切相关。自噬是与氧化应激及能量代谢关系最为密切的细胞活动之一，TXNIP是否对自噬有影响，既往仍然不清楚。.在本项目资助下，我们发现：小鼠TXNIP水平在MI/R后水平升高；与WT小鼠相比，MI/R后，TXNIP-OE小鼠(TXNIP腺病毒心肌点注射过表达小鼠)心脏功能进一步下降，自噬水平更高；TXNIP-KO小鼠（心肌特异性TXNIP敲除小鼠）心脏功能下降减少，自噬水平更低；体外细胞实验显示，心肌细胞缺氧/复氧后，TXNIP的上调可一方面增加自噬小体数量，另一方面使自噬小体清除减少，导致自噬流受阻；进一步的机制研究发现，TXNIP可通过ROS抑制自噬小体的清除，但其并不通过ROS调控自噬小体的数量。最终，我们发现TXNIP可与REDD1蛋白直接结合，并使其结构稳定，导致mTOR信号通路受到抑制，增加自噬小体数量。REDD1敲除可以显著降低TXNIP过表达小鼠心肌的MI/R损伤。.综上，我们逐步实验，证实了缺血后增加的TXNIP，可通过上调REDD1，增加心肌无效的自噬水平，加重心肌缺血再灌注损伤。该发现提示有助于我们进一步认识自噬在心肌缺血再灌注损伤中的调控机制，为临床上从改善心肌缺血再灌注损伤提供了新的靶点及思路。