GRIM19适度下调通过线粒体自噬调控干细胞存活的作用机制研究

MSCs transplantation is an important means to promote repair and functional reconstruction of infarcted myocardium. However, hypoxia/inflammation-induced oxidative stress can cause large-scale apoptosis of transplanted cells, which seriously affects MSCs transplantation. Mitochondrial complex I is an important component to maintain cell energy homeostasis, and is also one of the main sites of ROS production. We preliminarily confirm that moderate down-regulation of mitochondrial complex I subunit GRIM19 can reduce oxidative stress-induced apoptosis during reperfusion, and effectively protect the myocardium, which is probably due to the electron leakage after moderate down-regulation of GRIM19 to promote a small and consistent ROS expression, enhancing myocardial tolerance in ischemia reperfusion injury. Meanwhile, we find that moderate down-regulation of GRIM19 can also protect MSCs against oxidative stress injury, and whether mitophagy activation through ROS expression remains to be elucidated. This project will study the effect and mechanism of moderate down-regulation of GRIM19 on MSCs survival against oxidative stress injury through mitophagy. Based on myocardial infarction model, this project will reveal the mechanism of GRIM19 in MSCs survival and myocardial repair, in order to improve the effect of stem cell transplantation, and provide a basis for promoting cardiac repair and functional reconstruction of infarcted myocardium.

MSCs移植是促进梗死心肌修复和功能重建的重要手段，然而因缺氧、炎症导致的氧化应激会引起移植细胞大规模凋亡，严重影响MSCs的移植疗效。线粒体复合物I是维持细胞能量稳态的重要组分，也是ROS产生的主要位点之一。申请人前期证实线粒体复合物I亚基GRIM19适度下调能减少缺血再灌注过程中氧化应激损伤和凋亡，有效保护心肌组织，该过程可能由于GRIM19适度下调产生的电子泄露促进ROS少量持续表达，增强心肌细胞对于缺血再灌注损伤的耐受。同是申请人发现GRIM19适度下调也能调控MSCs对抗氧化应激损伤，其分子机制是否通过促进ROS少量持续表达来激活线粒体自噬。本项目将深入探讨GRIM19适度下调通过线粒体自噬调控MSCs对抗氧化应激损伤的作用及分子机制，通过心肌梗死模型，揭示GRIM19在MSCs存活及心肌修复中的作用机制，为提高干细胞移植疗效，促进损伤心肌组织修复及功能重建提供借鉴。

骨髓来源间充质干细胞（MSCs）移植已成为梗死心肌修复和功能重建的重要治疗手段，然而因缺氧、炎症导致的氧化应激会引起移植细胞大规模死亡，严重影响MSCs的移植疗效。线粒体复合物I是维持细胞能量稳态的重要组分，也是ROS产生的主要位点之一。我们既往研究证实线粒体复合物I亚基GRIM19适度下调能减少缺血再灌注过程中氧化应激损伤和凋亡，从而增强心肌细胞对于缺血再灌注损伤的耐受，该过程可能由于GRIM19适度下调产生的电子泄露促进ROS少量持续表达。本课题研究心肌梗死小鼠移植GRIM19适度下调间充质干细胞，来探究GRIM19调控心梗环境下移植MSCs的存活及机制，结果显示：1）与既往研究一致，利用体外双氧水、缺氧复氧等模型发现：GRIM19适度下调有助MSCs对抗氧化应激损伤；2）心肌梗死发生过程中，铁死亡是参与形成心肌梗死微环境的重要因素；3）利用小鼠心肌梗死周边区注射GRIM19 适度下调MSCs，发现心脏组织中缺血坏死区域相比对照组显著减少，同时梗死周边区MSCs存活数量明显高于对照组，但小鼠心功能未提示有显著改善；4）体外细胞实验证实，GRIM19适度下调后能适度保护MSCs对抗铁死亡刺激，表现为细胞活性增加及细胞膜脂质过氧化程度减少；5）通过RNA-sequencing等系列组学分析，我们发现CAR3通过激活TFR1参与GRIM19调控MSCs铁死亡机制。综上所述，我们研究表明适度下调GRIM19减少心肌梗死移植MSCs铁死亡，并阐述全新铁死亡调控信号轴GRIM19-CAR3-TFR1，为提高MSCs治疗移植存活效率，提供新思路和价值。本课题我们同时拓展了某些研究内容，揭示了进一步提高MSCs治疗效果其他潜在方式，包括心肌组织僵硬度免疫炎症关联对MSC植入成功率的影响，以及MSC某些lncRNA表达对疗效的影响。