Caveolin与抑制性G蛋白相关通路在吸入麻醉药心肌保护作用中的机制研究

Protection of the heart from ischemia/reperfusion injury can be induced by multiple stimuli (eg., ischemia, opioids and volatile anesthetics). Many studies have evaluated individual signaling molecules and pathways in anesthetic-induced preconditioning, but the precise mechanism for that cardiac protection has not been elucidated. Our previous studies showed that caveolae, a subset of membrane (lipid) rafts, are essential for cardiac protection from myocardial ischemia/reperfusion injury. Caveolins have scaffolding domains that anchor and regulate the function of proteins that modulate a variety of cellular processes and signal transduction. GPCRs as the target of volatile anesthetics, are organized together with post-signaling components in caveolae and evoke rapid, high-fidelity responses. Thus, the compartmentation, organization and functional regulation of signal transduction by GPCRs in anesthetic-induced cardiac protection have attracted considerable interest. We hypothesized that GPCRs and their signaling components in caveolae are requisite for isoflurane-induced cardiac protection. Gi activation may be a generalized pathway used by multiple cell systems as a means to adapt to stress via a caveolin-mitochondrial dependent pathway. Agents that target this particular pathway may be viable options as cardiac protective agents.

心肌缺血再灌注损伤是临床上冠脉旁路移植术、PCI术、器官移植等常见的并发症，成为影响患者发病率和死亡率的重要因素。已知采用缺血、阿片类或吸入麻醉药可以减少心肌缺血再灌注损伤。我们前期研究发现心肌细胞质膜表面的质膜微囊上具有完整的信号转导复合物，且富含吸入麻醉药的受体——G蛋白偶联受体（GPCRs）。质膜微囊及其结构蛋白Caveolin在预防心肌缺血再灌注损伤中起到重要作用，缺乏此结构的心肌细胞更易发生缺血再灌注损伤，其机制可能与GPCR/Gi相关分子通路的活化相关，且可能存在其向线粒体上的移位现象。我们提出假设，吸入麻醉药可能通过激活Gi蛋白引发相关分子信号转导，使Caveolin与线粒体产生联系，最终影响线粒体功能产生心肌保护作用。本课题采用电镜、免疫印迹分析、线粒体功能检测等多种研究手段，深入研究吸入麻醉药对心肌缺血再灌注损伤的保护机制，为今后研发相关靶向治疗药物提供理论基础及新靶点。

心肌缺血再灌注损伤是临床上冠脉旁路移植术、PCI术、器官移植以及休克低灌流纠正后常见的并发症，成为影响手术和非手术患者发病率和死亡率的重要因素。已知采用缺血、阿片类或吸入麻醉药可以减少心肌缺血再灌注损伤。我们前期研究发现，心肌细胞质膜表面的质膜微囊上具有完整的信号转导复合物，且富含吸入麻醉药的受体——G蛋白偶联受体（GPCRs）。质膜微囊及其结构蛋白Caveolin在预防心肌缺血再灌注损伤中起到重要作用，缺乏此结构的心肌细胞更易发生缺血再灌注损伤，其机制可能与GPCR/Gi相关分子通路的活化相关，且可能存在其向线粒体上的移位现象。另外，有文献指出在生理状态及应激状态下，多种因子可调控心肌细胞线粒体自噬，进而发挥保护心肌细胞的作用。而caveolin-3与缺血再灌注心肌细胞的自噬能力正相关，即Caveolin-3在心肌细胞自噬过程中发挥重要作用。.为了研究GPCR/Gi通路在心肌保护中的重要作用，我们通过实验前给小鼠注射Gi蛋白阻断剂——百日咳毒素（pertussis toxin, PTX），吸入异氟醚预处理后，进行在体缺血再灌注模型，然后通过蔗糖密度梯度离心进行细胞膜分层，用Western免疫印迹分析等分析心肌细胞Caveolin的变化及GPCRs下游分子通路蛋白含量变化，用电镜观察心肌细胞质膜微囊及线粒体的结构变化，并检测心肌细胞线粒体的呼吸功能。另外，我们以大鼠HL-1细胞模拟心肌缺血再灌注模型，研究了细胞质膜上Caveolin-3对外泌体的释放与摄取调控作用；研究了缺血再灌注条件下，心肌细胞自噬与外泌体生成释放间的相关性和交互作用。.本研究最终证实，吸入麻醉药可能通过激活Gi蛋白引发相关分子信号转导，使Caveolin与线粒体产生联系，最终影响线粒体功能产生心肌保护作用。Caveolin-3存在于心肌细胞外泌体中，并且与缺血再灌注心肌细胞的自噬能力正相关，即Caveolin-3可能通过调控心肌细胞外泌体释放与自噬从而对心肌细胞产生保护作用。这一发现使心肌细胞外泌体中Caveolin-3可能在未来成为心肌缺血再灌注损伤的标志物。本课题采用在体小鼠心肌缺血再灌注模型、心肌细胞培养、电镜观察、免疫印迹分析、线粒体功能检测等多种研究手段，深入研究了吸入麻醉药及Caveolin对心肌缺血再灌注损伤的保护机制，为今后研发相关靶向治疗药物提供理论基础及新的靶点。