β-catenin调控的信号通路在小鼠心肌缺血再灌注损伤中的作用和分子机制

Ischemia-reperfusion injury (IRI) will increase the extent of damage in donor heart during heart transplant. Innate immunity is the principal manner of immune response in myocardial IRI, and β-catenin plays an important role in this process. Our previous studies show that β-catenin can significantly reduce myocardial IRI in mice and maintain normal function of cardiac myocytes. Moreover, the function of β-catenin is associated with ROCK/PTEN signaling, but their relationship remains unclear. Based on these results, we assume that β-catenin will first regulate PPARγ/ROCK/MAPKs signaling, then it will promote cell proliferation and reduce apoptosis by inhibiting PTEN activity. On the other hand, β-catenin will strengthen the repair of myocardial IRI by controlling the release of inflammatory cytokines. Therefore, the present study will employ β-catenin conditional knockout mice and β-catenin-inducible overexpression system to dissect the molecular mechanism of the function of β-catenin signaling for the repair of myocardial IR through its downstream targets. Our project will investigate the innate immune mechanism of myocardial IRI from a new perspective. The results will not only improve the prognosis of heart transplant recipients, but also will provide potential targets for the research and development of novel anti-IRI therapeutic drugs.

缺血再灌注损伤（IRI）可加重心脏移植中供体心脏的损伤程度。先天性免疫反应是心肌IRI发生的重要机制之一，而β-catenin在其中具有重要调控作用。我们前期研究表明β-catenin的表达可显著减轻小鼠心肌IRI，维持心肌细胞正常功能，且与ROCK/PTEN存在关联，但其调控方式仍不清楚。基于此，我们假设：β-catenin通过PPARγ/ROCK/MAPKs信号传导，一方面通过抑制PTEN活性，在IRI中促进细胞增殖，抑制细胞凋亡；另一方面通过控制炎症因子释放，增强心肌IRI的修复。因此，本研究拟用β-catenin条件性基因敲除小鼠和β-catenin可调控的表达系统，分析β-catenin对下游基因的调控，解析β-catenin信号与炎症反应的关系及在心肌IRI中的作用机制，从新的角度研究心肌IRI的先天性免疫机理，为改善心移植受体预后提供理论基础，也为抗IRI药物开发提供新靶点。

缺血再灌注损伤（Ischemia-Reperfusion Injury, IRI）是指器官或组织经历缺血后，获得血液再供应时，不但未使组织细胞缺血性损害减轻或恢复，反而加重其功能障碍及结构损伤的病理生理过程。本项目以β-catenin作为关键调控基因、以心肌缺血再灌注损伤为疾病模型、先天性免疫中的相关基因ROCK/PTEN为主要靶基因，结合心脏体外移植实验，深入研究β-catenin通路调节ROCK等通路的作用机制，检测β-catenin缺失对下游基因的影响，分析β-catenin表达水平与心肌IRI不同时期炎症因子表达之间的关联，从而解析β-catenin在心肌IRI中的作用机制。. 结果证实了β-catenin在小鼠心肌缺血再灌注损伤（IRI）中对小鼠IRI具有保护作用，对心脏和心肌细胞损伤具有较强的保护能力，可显著减轻心脏和心肌细胞的受损程度，进一步证实β-catenin可以通过降低缺血再灌注损伤进而对心脏移植物损伤发挥保护作用。同时解析了β-catenin对ROCK/PTEN信号通路的调控机制，证实了β-catenin主要通过抑制ROCK1（非ROCK2）进而调节PTEN信号通路。项目组通过进一步分析β-catenin的不同表达丰度、不同表达时间与心肌IR损伤及修复的关联，优化出最适的β-catenin转染或表达浓度体系，并判定了β-catenin和炎症反应的关联，初步判定β-catenin与炎症间的关联较低，提示β-catenin可能存在其它的调节机制。最终证实了β-catenin等基因保护心肌IRI的分子机制，从新的视角解释心肌IRI的先天性免疫机制，并在先天免疫调节的基础上，同时证实了β-catenin参与氧化损伤的调节路径。本研究为降低心脏移植物损伤提供了一定的理论基础，也为相关药物开发提供了新的靶点。. 项目实施期间项目组累计发表SCI收录论文10篇，中文核心期刊论文1篇（均明确标注受本基金资助）；培养硕士研究生10人，博士研究生2人；申请专利共10项，其中授权专利2项；项目主持人作为大会执行主席举办国内学术会议3次，并参加国内外学术会议10次以上；2019年度成功获批国家自然科学基金面上项目1项（作为本项目后续性研究项目）。