IKKε对心肌梗死后心肌细胞自噬与焦亡交互作用的调控及其机制研究

Myocardial cell death is a key factor involving the process of myocardial infarction (MI). The autophagy and pyroptosis are important cell death events in ischemic diseases, and the interaction between them plays a promoting role in the development of many diseases. IKKε plays an important role in the occurrence of autophagy and cardiovascular diseases, which is also activated by IL-1β released from pyroptosis cells. Our previous study showed that: the IKKε knockout mice showed a significant decrease in cardiac infarct size, cardiac function and myocardial viability after MI than the wild-type mice, it also accompanied with a large number of myocardial cell autophagy and pyroptosis. This result confirmed that IKKε participated in the regulation of myocardial death after MI, but the specific mechanism is unclear.It has been reported that IKKε can phosphorylate the AKT-mTOR signaling pathway, and mTOR is a key regulator of cell autophagy. So we hypothesized that IKKε may play an important regulatory role in the interaction between autophagy and pyroptosis via the AKT-mTOR signaling pathway in myocardial cells after MI. This project intends to verify the hypothesis from three aspects of animal, cell and human population. This project might provide a new therapeutic target for prevented myocardial cell death after MI in the future clinical treatment.

心肌细胞死亡是影响心肌梗死（MI）预后的关键因素，已有研究表明自噬与焦亡是重要的缺血性疾病的细胞死亡事件，且两者的交互作用对许多疾病的发展起到了共同的促进作用。IKKε在细胞自噬及心血管疾病的发生中均发挥着重要的作用，且可以被焦亡释放因子IL-1β所激活。本项目前期研究发现：IKKε基因敲除小鼠较野生型小鼠在MI后心脏梗死面积，心功能，心肌活力等指标均有显著下降，并伴有大量心肌细胞自噬及焦亡的发生，证实其参与调控了MI后的心肌细胞死亡过程，但其具体机制尚不明确。已有文献报道IKKε可以磷酸化下游的AKT-mTOR信号通路，而mTOR则是阻止细胞自噬的关键调控因子。因此我们提出：IKKε可能通过AKT-mTOR信号通路在MI后心肌细胞自噬及焦亡的交互作用中发挥着重要的调控作用。本项目拟从动物、细胞及人体三个层面对该假说进行验证，为今后临床上治疗及预防MI后心肌细胞死亡提供新的治疗靶点。

心肌细胞死亡是影响心肌梗死（MI）预后的关键因素，已有研究表明自噬与焦亡是重要的缺血性疾病的细胞死亡事件，且两者的交互作用对许多疾病的发展起到了共同的促进作用。IKKε在细胞自噬及心血管疾病的发生中均发挥着重要的作用，且可以被焦亡释放因子IL-1β所激活。本项目分别利用IKKε基因敲除(KO)小鼠和野生型(WT)小鼠，通过手术结扎左前降支法构建心肌梗死模型；用siRNA干扰技术，在H9c2细胞中敲降IKKε，并用无血清培养法构建细胞缺养模型，对心肌梗死后心肌细胞的自噬和焦亡进行了检测。结果发现：与野生型小鼠相比，IKKε KO小鼠心肌梗死面积增加，存活心肌细胞减少，心功能障碍加重。Western blot和电镜分析也显示，IKKε缺失可诱导心肌细胞过度自噬，并且降低p-Akt和p-mTOR的表达。siRNA干扰IKKε后的H9c2细胞在经过体外饥饿损伤后，也有相似的结果。在IKKε挽救实验中，p-Akt和p-mTOR的表达水平可以恢复。在心肌细胞焦亡的检测方面，研究结果显示：与对照组H9c2细胞相比，siRNA干扰IKKε组中饥饿引发了更多的NLRP3激活，伴随着更多IL-1β, IL-18和caspase-1的释放。Western blot和免疫荧光检测显示，IKKε敲降细胞在饥饿条件下可以促进NLRP3表达和ROS释放。此外，电子显微成像和JC-1分析显示，IKKε敲低会导致线粒体损伤加重，体外释放更多线粒体ROS(mtROS)。Western blot分析显示，IKKε缺失可以激活TBK1和IRF3信号通路，促进体外焦亡的发生。总的来说，本研究首次证明IKKε是心肌梗死后心肌重构过程中的关键保护介质，IKKε缺失会引起心肌细胞的过度自噬和细胞焦亡的发生，最终导致心肌梗死面积扩大，损伤加剧，心功能恶化。该研究表明IKKε可能是心肌梗死治疗的潜在靶点，为今后临床上治疗和改善心肌梗死预后提供了新的思路和可靠的实验依据。