心肌细胞外基质蛋白FGF17通过Hedgehog-GLI1通路促心肌再生从而改善心肌梗死损伤的机制研究

Cardiac regeneration is an effective method in the treatment of myocardial infarction. The extracellular matrix protein FGF17 could dramatically lower the risks of myocardial infarction by stimulating the proliferation of cardiomyocytes, but the underlying mechanism remains unknown. In the previous study, we’ve demonstrated that FGF17 could bind to FGFR1 and FGFR3 in cardiomyocytes and further initiate FGFR-MEK-ERK cascade to activate Hedgehog pathway, thus enhancing GLI1-Mycn transcription. However, the mechanism remains to be further explored. Thus, we will firstly confirm the specific FGFR isoform through which FGF17 exerts its proliferative effect on cardiomyocytes. Secondly, the endogenous GLI1 will be deleted or be replaced with its N terminal deficiency form ΔN-GLI1 in FGF17 treated cardiomyocytes and mice hearts following myocardial infarction, thus verifying GLI1 is the main transcription factor in FGF17 mediated proliferation of cardiomyocytes, and FGF17-FGFR cascade mainly modulated GLI1 transcription activity through interacting with its N terminal. Finally, Mycn will be deleted both in FGF17 treated cardiomyocytes and mice hearts following myocardial infarction. Thereby, confirming Mycn is the main effector gene underlying FGF17 mediated proliferation of cardiomyocytes. The aim of this project is to deeply elucidate the mechanism of FGF17 promoting cardiomyocytes proliferation and thereby alleviating myocardial infarction injury. The achievement of this research will not only provide a theoretical basis for clinical therapy but also exploit a new method for the treatment of myocardial infarction.

促心肌细胞新生是治疗心肌梗死的有效手段，心肌细胞外基质蛋白FGF17可显著促进心肌细胞增殖并改善心肌梗死损伤，但机制尚不清楚。我们在前期研究中初步证实FGF17可与心肌细胞表面FGFR1和FGFR3结合，通过FGFR-MEK-ERK级联信号激活Hedgehog通路并增加GLI1-Mycn转录活性，进而调控心肌细胞增殖，但该机制有待更为详实的确证。基于前期研究，我们将首先在细胞水平及小鼠心肌梗死模型中明晰FGF17发挥促心肌细胞增殖效应所需的特定FGFR亚型；随后确证GLI1是FGF17发挥效应所需的主要转录因子，并确认FGF17-FGFR级联信号主要通过作用于GLI1的N端调控其转录活性；最后在细胞水平及小鼠心肌梗死模型中证实Mycn是FGF17促心肌细胞增殖的主要效应基因。本项目旨在深入阐述FGF17促心肌细胞增殖进而改善心肌梗死损伤的机理，并将为心肌梗死的治疗提供新的策略和理论依据。

成纤维细胞生长因子17（FGF17）能显著改善心肌梗死损伤，提升心脏射血功能，改善心肌重构，但机制尚不清楚。.我们首先在小鼠心肌梗死进程中观察到FGF17基因及蛋白表达量的逐渐升高。随后，我们在小鼠心脏特异性FGF17缺失小鼠观察到FGF17的缺失会造成心肌缺血损伤的进一步加重，表现为心功能的明显衰退以及心肌细胞凋亡数目的显著升高，提示FGF17在心肌梗死中可能起到关键的保护作用。.于是我们在小鼠心脏过表达FGF17。超声心动图表明FGF17在心梗14天能显著改善心脏的射血功能，并伴随对心脏重构的改善。同时FGF17能促进梗死心肌组织的心肌细胞新生，减少心肌细胞凋亡的比例，降低免疫细胞的数量，进而减少心肌梗死区域面积。.随后，通过对第14天的小鼠心梗模型进行RNA-Seq分析发现，相较于假手术组，心梗模型表现出显著的代谢功能障碍，尤其以脂肪酸氧化障碍为主。而过表达FGF17的小鼠心脏能显著提升梗死心肌的脂肪酸氧化水平。对通路分析发现，FGF17在小鼠心梗模型中激活AMPK，PPAR相关通路。在这些通路相关基因中，FGF17可显著升高PGC-1α的表达。PGC-1α主要存在于富含线粒体的组织中，在能量代谢中发挥重要作用。分子水平证实FGF17可显著激活AMPK的磷酸化，通过转录后调控的方式激活PGC-1α的自身转录，从而升高PGC-1α的表达水平。.考虑到PGC-1α在调控线粒体生成以及脂肪酸代谢方面的关键作用，我们进一步评估了FGF17治疗组小鼠心脏线粒体相关指标。研究发现FGF17可显著提升小鼠心梗模型中心肌组织线粒体蛋白OXPHOS的水平以及线粒体DNA的含量，同时使用Seahorse系统也发现了FGF17对线粒体功能的显著改善，并伴随整体心肌组织内ATP含量的升高，证实FGF17通过AMPK-PGC-1α改善了缺血心肌组织内线粒体的功能。通过构建心肌细胞特异性AMPK敲除小鼠，我们发现FGF17对心脏的保护效应以及对脂肪酸代谢的调控由于AMPK的敲除而被抵消。.综上，我们研究证实FGF17通过AMPK-PGC-1α，在缺血条件下提升心肌组织线粒体功能，促进脂肪酸氧化分解，改善心脏的能量供应。