运动诱导循环血外泌体保护心肌缺血/再灌注损伤的作用和机制研究

Healthy baseline circulating exosomes have protective effects against cardiomyocyte apoptosis and cardiac ischemia/reperfusion (I/R) injury. Exercise can trigger the release of exosomes into the circulation, and confer its beneficial effect to distal organs including the heart. Our preliminary data show that in comparison to baseline circulating exosomes, exercise-induced increase in circulating exosomes can further reduce infarct size and myocardial apoptosis after I/R injury, which might be associated with ERK1/2-HSP27 signaling. In the current project, we will first investigate the effect of exercise-induced circulating exosomes on cardiomyocyte apoptosis as well as proliferation in cardiac I/R injury both in vitro and in vivo. Second, we will use ERK1/2 and HSP27 inhibitor (in vitro) or shRNA lentivirus (in vivo) to clarify whether the benefit of exercise-induced circulating exosomes in I/R injury is associated with the activation of ERK1/2-HSP27 signaling. Finally, cardiomyocytes and myoblasts will be treated with insulin-like growth factor-1 (IGF-1) mimicking exercise, and the genes responsible for exosome formation and secretion will be examined. Function-rescue assays will be performed both in vitro and in vivo to reveal the mechanisms involved in the formation and secretion of exosomes upon exercise. Exercise-induced circulating exosomes might be an endogeneous efficient way to protect against cardiac I/R injury.

健康基础水平的循环血外泌体可以抑制心肌细胞凋亡、保护心肌缺血/再灌注（I/R）损伤。运动诱导外泌体释放入血液，并在远端脏器（包括心脏）发挥保护效应。我们初步发现：与基础水平循环血外泌体相比，运动诱导的循环血外泌体（运动外泌体）数量增加会进一步降低心肌I/R损伤的梗死面积和心肌凋亡，ERK1/2-HSP27通路可能是其分子基础。在本项目中，我们拟首先在细胞和动物水平，观察运动外泌体在I/R损伤中对心肌细胞凋亡和增殖的影响。接着，运用ERK1/2和HSP27的抑制剂（细胞）或shRNA慢病毒（动物），探索运动外泌体是否通过激活ERK1/2和HSP27保护心肌I/R损伤。最后，采用IGF-1处理心肌细胞和成肌母细胞（模拟运动效应），检测外泌体合成分泌相关蛋白，通过细胞和动物水平的功能逆转实验，揭示运动调控外泌体合成分泌的机制。运动诱导的循环血外泌体可能成为内源性保护心肌I/R损伤的有效途径。

运动对于心血管系统具有保护效应，运动释放的运动因子可以被包含在外泌体中，介导运动对心脏的保护效应。先前研究发现，基础和运动水平的循环血外泌体能够抵抗心肌细胞的凋亡，但是运动诱导的外泌体对心肌细胞的增殖及其保护心肌细胞功能的分子基础尚不明确。在本项目中，我们首先提取游泳运动小鼠心脏组织来源的外泌体，发现运动心脏组织来源的外泌体对心肌缺血再灌注损伤具有保护效应。接着，我们在新生大鼠心肌细胞水平探索运动外泌体对心肌细胞保护的具体功能。结果发现，人循环血来源的外泌体本身能够促进心肌细胞的增殖。同时，游泳或跑步运动小鼠心脏组织和循环血来源的外泌体能够进一步促进心肌细胞的增殖、抑制心肌细胞的凋亡，说明运动能够增强外泌体对心肌细胞的保护作用。进一步，我们基于跑步运动和非运动对照小鼠血清提取的外泌体处理心肌细胞，发现运动相关的微小RNA-486显著上调。最后，在小鼠心肌缺血再灌注损伤模型中，在心脏组织感染微小RNA-486表达慢病毒，结果显示过表达微小RNA-486能够降低心肌梗死面积和心肌细胞凋亡，提示微小RNA-486是运动诱导循环血外泌体保护心肌细胞的分子基础。综上，本项目明确了运动心脏来源的外泌体对心肌缺血再灌注损伤具有保护效应，揭示了运动诱导心脏和循环血外泌体促进心肌细胞增殖、抵抗心肌细胞凋亡的功能，阐明了运动诱导循环血外泌体通过微小RNA-486保护心肌细胞的分子基础，在心脏组织过表达miR-486对心肌缺血再灌注损伤和心肌凋亡具有显著的保护功能。运动诱导外泌体有望成为内源性保护心肌缺血再灌注损伤的有效途径。4）探讨PIWI在心肌梗死中的作用和分子机制：与野生型小鼠相比，HAAPIR缺失可减轻缺血/再灌注诱导的心肌梗死并改善心功能。在机制上，HAAPIR直接与NAT10相互作用，增强Tfec mRNA转录本的ac4 C乙酰化，从而增加Tfec的表达。TFEC可进一步上调促凋亡因子BCL2相互作用杀伤因子（Bik）的转录，导致Bik的积累和心肌细胞凋亡的进展。