基于PI3K/AKT通路HIF-1α调控HSPs产生热习服分子机制研究

In recent years, the mortality induced by high temperature is increasing, and heat acclimation is still the important means of increasing thermotolerance and reducing thermal damage of the body. At present, there is a certain understanding of the mechanism of heat acclimation, but the mechanism is still not fully elucidated, and the key signaling pathways are still not clear. It has been reported that the activation of hypoxia-inducible factor-1α (HIF-1α), heat shock factor (HSF) and Akt are closely related to the production of HSP during HA. The induction of the heat shock pathway requires HSF1 by HIF-1. Akt is involved in the downstream pathway induced by HIF-1α, the expression of HSP70, the transcriptional activation and nuclear translocation activity of HSF1 are significantly reduced by inhibiting the phosphorylation of Akt. However, the mechanism of interaction between HIF-1α, HSF1, and Akt remains unclear under the heat acclimating conditions. This project will focus on HSPs, carry out studies in vivo and in vitro on the interaction between the three key factors, HIF-1α, HSF1 and Akt and establish HA signal network regulated by HIF-1α in a Akt-dependent manner to clarify the molecular mechanism of HA and provide data support for the development of thermal injury prevention and treatment drugs.

近年来因高温导致的死亡率不断升高，热习服仍然是提高机体耐热能力减少热损伤的重要手段。目前对热习服的机理已有一定了解，但其机制仍未阐明，关键蛋白及信号通路仍不明确。已有研究表明HIF-1α、HSF1和Akt在热习服过程中均是必需的，HIF-1α通过调节HSF1诱导热休克通路产生HSPs，而Akt参与到HIF-1α诱导的下游通路中，抑制Akt磷酸化将影响HSP70的表达以及HSF1的转录激活和核转位活动，但热习服条件下，HIF-1α、HSF1和Akt相互作用的机制仍然不明确。为此本研究将围绕HSPs，在常氧热习服条件下，开展HIF-1α、HSF1、Akt在大鼠和细胞热习服模型中与HSPs之间的相互作用及调控关系研究，建立基于PI3K/AKT，HIF-1α调控的HSPs产生热习服信号网络通路，从而进一步阐明热习服的分子机制，为热损伤防治药物的研发提供数据支持。

近年来因高温导致的死亡率不断升高，热习服仍然是提高机体耐热能力减少热损伤的重要手段。目前对热习服的机理已有一定了解，但其机制仍未阐明，关键蛋白及信号通路仍不明确。已有研究表明HIF-1α、HSF1和Akt在热习服过程中均是必需的，但热习服条件下，HIF-1α、HSF1和Akt相互作用的机制仍然不明确。为此本研究将围绕HSPs，在小鼠和细胞热习服模型中，开展HIF-1α、HSF1、Akt与HSPs之间的相互作用及调控关系研究，建立基于PI3K/AKT、HIF-1α调控的HSPs产生热习服信号网络通路，从而进一步阐明热习服的分子机制。将C57BL/6N小鼠随机分配到对照组（24±1℃）和热习服组（35±1℃，40%），热习服组连续暴露4周。热习服后，小鼠IL2、IL4、IL5以及TNF-α等炎症因子水平没有显著变化。小鼠体重下降，胰岛素敏感性和葡萄糖耐受性提高。在心肌组织中，HSP70和HSP90表达没有显著变化，但HSF1调控共转录因子PGC-1a依赖的能量代谢。AKT能够促进糖酵解，提高葡萄糖转运蛋白活性。热习服后，小鼠心肌组织中PI3K、AKT以及mTOR的磷酸化水平升高，与葡萄糖的细胞利用率呈负相关的AMPK的磷酸化水平下降。热应激处理后，习服组PI3K-AKT-mTOR信号通路同样被激活。同时热习服后，GLUT4和PDK1的表达明显升高。此外，心肌中，负责能量代谢中氧调节基因的表达的关键转录因子HIF-1α及其下游效应蛋白VEGF的RNA表达水平上调。同时糖酵解过程中Hk1、Pck2等催化酶的mRNA表达水平升高。我们的结果表明，HIF-1α通过PI3K-AKT-mTOR途径提高糖酵解水平从而增强葡萄糖代谢是热习服的代谢基础。本研究中明确的关键蛋白及信号通路将为增强热耐受理论体系的建立以及热损伤防治药物的研发提供数据支持。