人参皂苷Rg5通过Akt途径调节己糖激酶II 磷酸化及对心肌细胞保护作用的研究
一、选题的依据及意义
1）人参皂苷Rg5调节线粒体功能保护心肌细胞对抗缺血/再灌注损害研究基础和前景
人参是一味家喻户晓的药材。味甘、微苦，微温。归脾、肺、心、肾经。具有大补元气，复脉固脱，补脾益肺，生津养血，安神益智的功效[1]。其中人参皂甙是人参根中主要的的生物活性成分。人参皂苷Rg5（Rg5）是皂苷中含量最高的成分。人参皂苷Rg5对脓毒血症大鼠急性肺损伤的保护作用[2],能抑制食管癌Eca-109细胞增殖[3]等，本研究旨在调查Rg5是否促进心肌细胞通过I / R损伤的抗性调节能量代谢和线粒体功能。在本研究中，我们发现Drp1激活受损HK-II结合线粒体，在一个阶段设置心肌细胞易感I / R损伤。 Rg5抑制Drp1激活通过Akt活化保留线粒体HK-II，从而保护细胞免受I / R损伤。这些发现建立了以前未被认识到的人参皂苷的作用调节线粒体功能，提示线粒体Drp1募集和HK-II结合可能靶向治疗以预防心脏中的I / R损伤。
2）线粒体己糖激酶II是衔接细胞质中糖酵解和线粒体氧化磷酸化的重要结构
己糖激酶是葡萄糖被葡萄糖装运蛋白转运入细胞后，代谢第一步转化为6-磷酸葡萄糖 (G-6P)的限速酶（hexokinase，HK）。在哺乳动物组织，存在I，II，III和IV四种亚型。HKII对葡萄糖具有较高的亲和性，主要存在于胰岛素敏感组织如脂肪组织，骨骼肌和心肌组织[4]。I型和II型的N-端都可结合在线粒体外膜，但只有II型与线粒体结合的部分具有酶催化活性。己糖激酶催化葡萄糖转化为6-磷酸-葡萄糖是一个耗能的过程。在HKII和电压依赖性阴离子通道-1及腺嘌呤核苷酸移位酶形成的复合体帮助下，产生的ADP（ATP→ADP）转运到线粒体，为线粒体氧化磷酸化生成ATP提供底物（ADP→ ATP）。而F0F1ATP合成酶所产生的ATP可通过这一复合体穿过HK酶催化供能。由此可见, HKII将糖酵解和线粒体氧化磷酸化偶联起来，对维持细胞内能量代谢稳态具有重要意义。
3）HKII线粒体脱落是心肌组织缺血/再灌注（IR）损伤的重要原因
最早是在肿瘤组织中发现，HKII 高表达可通过增加细胞内无氧糖酵解促进细胞增殖防止细胞死亡。在肿瘤细胞中，HKII 表达是通过Akt/mTOR/HIF-1alpha; (缺氧调节因子)路径所调节[5,6]。在心肌损害中，特别是糖氧剥夺的情况下，心脏主要通过无氧糖酵解供H (NADH)，再传递到线粒体上电子呼吸链上，为ATP的合成提供原料，以提供能量。由此猜想，调节线粒体上HKII 结合和功能有可能对抗心肌损害。线粒体己糖激酶对心肌细胞的保护作用基于以下几个方面：①己糖激酶作用下生成6-磷酸葡萄糖时产生的NADPH（NADP→NADPH）作为一供氢体参与细胞内多种生物合成并具有抗凋亡作用[7]，同时NADPH是谷胱甘肽还原酶辅酶，维持细胞内还原型谷胱甘肽 (GSH) 含量，对抑制氧化应激具有重要作用[8].②线粒体HK与其复合物可防止因氧化应激和钙超载引起的线粒体通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore，mPTP) 开放，同时又可竞争性抑制凋亡蛋白Bax与线粒体的结合和mPTP开放，防止凋亡因子的释放和凋亡的发生[9,10]。由此我们可以认识到线粒体HKII对维持线粒体功能稳态和防止凋亡发生的重要作用。在心梗发生时，因缺氧心肌细胞能量代谢由有氧代谢转化为无氧糖酵解为主要途径，提供ATP，此时可导致乳酸和6-磷酸葡萄糖的蓄积。6-磷酸葡萄糖是HK作用的产物， 作为产物抑制，可抑制HK活性，引起HKII从线粒体的脱落；同时因乳酸堆积所引起的细胞内酸化也可引起HKII脱落，所以此时可观察到细胞质HK II 的表达增加 [11]。在再灌注状态下，即使恢复了氧供应， 但因氧化应激，PKC活化，脂肪酸beta;氧化增强等因素抑制丙酮酸脱氢酶的活性[12,13,14]，葡萄糖无氧酵解与有氧氧化脱偶联，导致糖酵解产物的堆积，可进一步促进HK II从线粒体上脱落。 心肌缺血/再灌注损害时HKII线粒体上脱落直接后果就是糖酵解和 F0F1ATP合成酶之间的脱偶联，导致心肌组织能量代谢障碍。葡萄糖无氧酵解与有氧氧化脱偶联，导致糖酵解产物的堆积，可进一步促进HK II从线粒体上脱落。 心肌缺血/再灌注损害时HKII线粒体上脱落直接后果就是糖酵解和 F0F1ATP合成酶之间的脱偶联，导致心肌组织能量代谢障碍。同时因mPTP开放和 线粒体膜电位去极化，导致电子传递无法进行和凋亡蛋白激活，最终因心肌细胞死亡而致心肌梗死面积增加和左心室功能紊乱[15,16]。
二、研究目的及实验方案
