AMPK调节PINK1-Parkin介导的线粒体自噬在心脏衰老及心力衰竭中的作用研究

In the process of human aging, aging can also directly induce the development of heart failure. At present, our understanding of the contribution and mechanism of aging to pathogenesis of heart failure stays incomplete, so it is necessary to further investing the role and mechanism of aging to heart failure. In our previous studies, the applicants found that AMPK plays an important role in the prevention and treatment of heart aging and heart failure by regulating mitophagy in cardiomyocytes. In this study, based on previous studies and combined with previous research results, we propose the following scientific hypothesis: during aging, the activity of AMPK in cardiomyocytes decreases, resulting in the decrease of PINK1 phosphorylation level, then inhibits the mitophagy mediated by PINK1/Parkin/SQSTM1, leading to the decline of cardiac and mitochondrial function and eventually to heart failure; By exogenous supplementation of AMPK activators, which can promote the phosphorylation of PINK1 and enhance the autophagy of mitochondria in cardiac myocytes, it will improve heart aging and heart failure. Through this project, we further clarify the role and mechanism of AMPK in preventing and treating senile-induced heart failure, thus laying an important theoretical foundation for the use of AMPK agonists in the treatment of heart senility and heart failure, and providing new prevention and treatment ideas for heart senility and heart failure.

在人体老龄化过程中，心脏衰老可诱导心力衰竭的发生，目前对衰老诱导的心力衰竭的作用及致病机制的认识仍不完整，因此，有必要对其作用及机制进行深入研究。项目申请人在前期研究共工作中发现AMPK通过调控心肌细胞线粒体自噬，在心脏衰老及心力衰竭中有着重要的预防和治疗作用。本研究将在前期研究的基础上，结合以往的研究成果，提出如下科学假说：衰老过程中心肌细胞AMPK的活性降低，导致PINK1磷酸化水平下降，进而抑制PINK1/Parkin/SQSTM1介导的心肌细胞线粒体自噬，导致心肌细胞线粒体功能紊乱，最终导致心脏功能下降，发展为心力衰竭；而通过外源性补充AMPK激动剂，促进PINK1的磷酸化，增强心肌细胞线粒体自噬，起到改善衰老诱导的心力衰竭的作用。通过本项目研究进一步明确了AMPK防治衰老诱导的心力衰竭的作用及其机制，从而为利用AMPK激动剂来治疗心脏衰老及心力衰竭的作用奠定了重要的理论基础。

在人体老龄化过程中，心脏衰老可诱导心力衰竭的发生，目前对衰老诱导的心力衰竭的作用及致病机制的认识仍不完整，因此，有必要对其作用及机制进行深入研究。项目申请人在前期研究共工作中发现AMPK通过调控心肌细胞线粒体自噬，在心脏衰老及心力衰竭中有着重要的预防和治疗作用。通过本项目的研究我们发现，随着年龄的增加，小鼠心脏自噬水平及线粒体自噬水平都明显下降，如在野生型12月龄的C57/BL6小鼠中，形态上，透射电镜上表现为损伤的线粒体增多，而被囊泡吞噬或包裹的自噬体的减少；功能上，心肌细胞产生能量ATP的水平也随之下降；蛋白表达方面，线粒体自噬相关蛋白，如PINK1、Parkin、SQSTM1、AMPK等的表达均减低，尤其是在线粒体萃取物中，PINK1、Parkin、SQSTM1、AMPK等的表达明显减少。因此，以上结果证实老龄化可导致小鼠心脏线粒体自噬水平的下降，同时伴随着自噬相关蛋白如PINK1、Parkin、SQSTM1、AMPK等的表达减少（尤其是在线粒体萃取物中）。进一步，我们通过基因敲除方法，将AMPKα2敲除，验证AMPKα2在老龄化小鼠心脏中的作用；我们发现，在AMPKα2敲除后，小鼠心脏细胞自噬水平下降得更加剧烈，在6个月大小的小鼠中，PINK1、Parkin、SQSTM1、AMPK等的表达明显减少，而透射电镜上表现为损伤的线粒体增多，而被囊泡吞噬或包裹的自噬体的减少；同时12月大小的小鼠心肌细胞线粒体自噬水平较野生型恶化的更加剧烈。以上结果反映出，AMPKα2是小鼠心脏老化过程中，对抵抗老化诱导的自噬水平下降，起着比较关键性的作用，也进一步证实了我们此项目的研究前期的猜想，即AMPK调节线粒体自噬在心脏衰老及心力衰竭中的起相关作用。而通过外源性补充AMPK激动剂，促进PINK1新的磷酸化位点的磷酸化，增强心肌细胞线粒体自噬，起到改善衰老诱导的心力衰竭的作用。通过本项目研究进一步明确了AMPK防治衰老诱导的心力衰竭的作用及其机制，从而为利用AMPK激动剂来治疗心脏衰老及心力衰竭的作用奠定了重要的理论基础。