Calpain调控内质网应激对NLRP3的影响在心肌缺血再灌注细胞焦亡损伤中的作用机制研究

Ischemia/reperfusion(I/R) cause pyroptosis, but its role in myocardial I/R-injury and the mechanism remains to be identied. Our study showed that I/R exposure results in increased NLRP3 expression in the myocardial tissue witch is the main protein mediated pyroptosis. At the same time, we also found calpain is activated witch could promote endoplasmic reticulum stress. Endoplasmic reticulum stress excessive activation is the critical process of pyroptosis. Therefore, suggesting that there is a certain relationship between calpain witch mediating the endoplasmic reticulum stress and NLRP3 witch mediated pyroptosis. In preliminary experiments, we found that restrain calpain activation could inhibits the increasing of NLRP3 expression. We further presumed that I/R exposure may activates calpain, increased endoplasmic reticulum stress witch lead to NLRP3 mediated myocardial cell pyroptosis and then results in promoting and development of myocardial I/R injury. Inhibition of calpain could play a role of inhibiting pyroptosis and protect myocardial. We want to identify this presume by using animal model of I/R-injury, calpain gene knock out mice and endoplasmic reticulum stress interventions, and confirm the role of pyroptosis in myocardial I/R-injury and the mechanism of calpain activates endoplasmic reticulum stress to promotes NLRP3 mediated pyroptosis. This research may helpful to further clarify the mechanism of myocardial I/R-injury and provide a new strategy to reduce myocardial I/R-injury.

细胞焦亡在缺血再灌注损伤中的作用倍受关注，但其作用机制不明。我们发现心肌缺血再灌注时介导焦亡的主要蛋白NLRP3表达增加，还发现促进内质网应激的蛋白calpain被活化。由于内质网应激是导致焦亡的主要环节，提示在介导内质网应激的calpain和介导焦亡的NLRP3之间存在一定的联系。我们预实验发现干预calpain可抑制NLRP3表达增高，因此，我们推测缺血再灌注可通过活化calpain，引起内质网应激，激活NLRP3及其介导的心肌细胞焦亡，促进心肌缺血再灌注损伤的发生和发展；抑制calpain可发挥抑制焦亡、保护心肌的作用。本课题拟通过心肌缺血再灌注损伤模型、calpain基因敲除小鼠及内质网应激的干预措施证实该假设，并探讨calpain激活内质网应激促进NLRP3介导的细胞焦亡的作用机制。该问题的解决有助于进一步阐明心肌缺血再灌注损伤的发生机制，为减轻心肌缺血再灌注损伤提供新策略。

心肌梗死是危害人类健康的最主要疾病之一，降低心肌梗死患者的病死率、改善患者的生活质量是心肌梗死治疗的主要目标。尽早有效地恢复缺血心肌血液供应，是阻止缺血性心肌损伤的发展、减小梗死面积进而改善临床预后的根本措施。但是，心肌缺血再灌注损伤已经成为制约缺血心肌从再灌注治疗中获益的难题。国内外对于心肌缺血再灌注损伤机制已进行了广泛深入的研究，但具体机制仍不十分清除。因此，进一步深入研究缺血再灌注损伤的发生、发展机制对于其预防，具有重要的临床意义。近年来细胞焦亡在缺血再灌注损伤中的作用倍受关注，但其作用机制不明。我们从以下几个方面去验证细胞焦亡在心肌缺血再灌注损伤中的作用及机制：①抑制焦亡后检测心肌梗死面积、心功能指标及心肌损伤指标的变化，阐明心肌细胞焦亡在心肌缺血再灌注损伤中的作用。②干预NLRP3表达后检测心肌细胞焦亡、心肌梗死面积、心功能指标及心肌损伤指标的变化，阐明缺血再灌注时NLRP3对心肌细胞焦亡的调控作用。③调控calpain后观察缺血再灌注后心肌梗死面积、心功能、心肌损伤指标、NLRP3蛋白表达、内质网应激及心肌细胞焦亡指标的变化。通过一这系列实验我们发现：1.细胞焦亡与心肌缺血再灌注损伤密切相关；2. NLRP3在缺血再灌注焦亡损伤中发挥了重要的作用；3. calpain与缺血再灌注细胞焦亡及心肌损伤有关；4. calpain是通过调内质网应激及NLRP3炎症小体诱导细胞焦亡来加重心肌缺血再灌注损伤的。通过该项目，我们进一步认识了心肌缺血再灌注损伤发生的病理机制，为心肌缺血再灌注损伤的防治提供了新的思路和作用靶点。研究数据已有多项研究成果：1.已发表SCI论著1篇，中华心血管病杂志论著3篇，在国内其它期刊上发表论著4篇，学术会议摘要1篇（被JACC增刊刊出）。另1篇SCI论文及1篇中文论文已经投稿；2.本项目部分研究内容结合以前的研究成果参与四川省科技进步奖评审，获四川省科技进步奖一等奖一项；3.培养硕士研究生4名。