PI3K/Akt/FoxO3a信号通路在FGF-2心肌保护效应中的作用研究

As an important endogenous protective factor, FGF-2 can directly exert a protective role against myocardial ischemia/reperfusion injury,and improve cardiac function through PKC and MAPK activation. However, the cardiprotection by FGF-2 can not be explained completely by activation of PKCs and MAPKs,because of the diversity of PKC and MAPK subtypes and the inconsistencies of their subcategory features. Recently, we found that FGF-2 can stimulate the activity of Akt against oxidative stress-mediated injury in myocardial cell,which imply that the PI3K/Akt signaling pathway may be involved in the protective effect of FGF-2 . This study by establishing oxidative stress model of cardiac myocytes and myocardial ischemia/reperfusion, aims to observe the effects of oxidative stress on myocardial cells, through application of PI3K/Akt specific inhibitors and molecular biology techniques, such as gene transfection and immune precipitation, to explore the role of PI3K/Akt/FoxO3a signaling pathways in FGF-2-induced influence against oxidative stress injury and myocardial ischemia/reperfusion injury, and consequently, new targets involved in FGF-2 cardiprotection, and new strategies for intervention in injury caused by myocardial ischemia/reperfusion and oxidative stress are expected to be elucidated.

成纤维细胞生长因子2 (FGF-2) 作为一种重要的内源性细胞保护因子，它可以显著对抗心肌缺血和缺血/再灌注损伤，改善心功能，其心肌保护作用与激活PKC及MAPK等细胞内信号转导通路相关。但FGF-2的心肌保护效应也难以完全用PKC、MAPK的激活来解释。本课题组近期发现FGF-2可拮抗心肌细胞的氧化应激损伤，并可增强氧化应激时心肌细胞中Akt的活性。这些结果提示FGF-2的心肌保护效应可能与PI3K/Akt通路有关。我们拟通过建立心肌细胞氧化应激损伤和心肌缺血/再灌注损伤模型，应用PI3K/Akt的特异性抑制剂，通过基因转染和免疫沉淀等分子生物学技术，探讨PI3K/Akt/FoxO3a信号通路在FGF-2拮抗心肌细胞氧化应激损伤和心肌缺血/再灌注损伤中的作用，探索FGF-2心肌保护效应的新机制和新靶点，并为相应的干预措施提供新策略。

成纤维细胞生长因子-2 (FGF-2)可显著对抗心肌缺血和缺血/再灌注损伤，改善心功能，其心肌保护作用与激活PKC 及MAPK 等信号转导通路相关。但FGF-2 的心肌保护效应难以完全用PKC、MAPK 的激活来解释。本课题组前期研究发现FGF-2 可拮抗心肌细胞的氧化应激损伤，并增强氧化应激时心肌细胞PKB/Akt活性。这提示FGF-2 心肌保护效应可能与PI3K- PKB/Akt 通路有关。为此，本项目通过建立H2O2诱导的大鼠心肌细胞（H9c2）凋亡模型，明确FGF-2 可拮抗氧化应激所诱导心肌细胞凋亡的作用，从PI3K-PKB/Akt-FoxO3a信号通路探讨了FGF-2 拮抗氧化应激所诱导的心肌细胞凋亡的作用机制。研究发现，H2O2可明显降低Akt和 FoxO3a 蛋白磷酸化水平，促进非磷酸化FoxO3a从胞浆移入胞核，诱导促凋亡蛋白Bim表达，从而引起心肌细胞凋亡；FGF-2可提高Akt和 FoxO3a蛋白磷酸化水平，阻止FoxO3a入核，抑制促凋亡蛋白Bim表达，从而拮抗心肌细胞凋亡。同时，采用H9c2心肌细胞缺氧/复氧损伤（H/R）模型，观察PI3K-PKB/Akt-GSK-3β信号通路在FGF-2心肌保护中的作用，探索GSK-3β如何介导FGF-2抗心肌细胞凋亡的作用。研究发现，H/R可促进Bax由细胞胞浆转入线粒体，激活Caspase-3及抑制Bcl-2蛋白的表达，从而引起心肌细胞凋亡；FGF-2可通过激活PI3K-PKB/Akt-GSK-3β信号通路，抑制H/R诱导心肌细胞Bax的转位及Caspase-3的活化，促进Bcl-2蛋白的表达，拮抗H/R所诱导心肌细胞凋亡；FGF-2主要通过促进线粒体内GSK-3βSer9的磷酸化，抑制GSK-3β活性，促进Bcl-2蛋白的表达和阻止Bax的转位，拮抗H/R所诱导的心肌细胞凋亡，发挥心肌保护作用。这提示PI3K-PKB/Akt-GSK-3β信号通路是FGF-2新的心肌保护信号通路。这些研究揭示了FGF-2心肌保护作用的新机制和新途径，进一步阐明这一重要的内源性细胞保护物质的生理与病理意义，为缺血性心脏病的治疗提供新思路和新的干预环节。受本项目的启发并作为该研究的拓展，还发现了硫化氢可提高Akt和 FoxO3a蛋白磷酸化水平，抑制促凋亡蛋白Bim表达，拮抗阿霉素引起的心肌细胞凋亡。