Caspase-11在脓毒症中的作用及分子机制

Sepsis is a common disease in intensive care units, with the mortality rate over 40%. Although it is now clear that multiple organ dysfunction and immunosuppression are critical for the sepsis-induced death, the underlying molecular mechanisms remain largely unknown. Protein kinase R (PKR), an important regulatory molecule in immune responses, contributes importantly to the immunosuppression and death in sepsis. During the course of studying the function of PKR, we found that PKR not only up-regulates the expression of caspase-11 via the interferon signaling but also promotes the activation of caspase-11 via the high mobility group box 1 protein (HMGB1), a downstream factor of PKR. Caspase-11 is a protease that plays an important role in bacterial endotoxin-induced inflammation and programmed immune cell death. Based on our preliminary data, here we proposed that caspase-11 probably contribute importantly to the immunosuppression and the multiple organ dysfunction in sepsis. Based on this hypothesis, we will investigate the role of caspase-11 in the pathogenesis of sepsis with the following aims: 1) To investigate the effect of the genetic deletion of caspase-11 or pharmacological inhibition of caspase-11 on the mortality rate of sepsis, the programmed immune cell death, and the production of vasoactive lipid mediators. 2) To investigate the role cell-type specific caspase-11 in the pathogenesis of sepsis. 3) To investigate the molecular mechanisms by which HMGB1 promotes caspase-11 expression.

脓毒症是是临床上常见的急重症疾病，死亡率高达40%。虽然目前已明确多脏器衰竭和免疫抑制是导致脓毒症患者死亡的关键因素，但具体分子机制仍不甚清楚。蛋白激酶R (PKR)具有重要的免疫调节功能，是脓毒症中导致免疫抑制乃至死亡的重要分子。在研究PKR的作用机制的过程中我们发现：PKR通过干扰素途径促进Caspase-11的表达；PKR下游效应分子-高迁移率蛋白-1（HMGB1）能促进Caspase-11的活化。Caspase-11是一种蛋白水解酶，在细菌内毒素引起的免疫反应中起重要作用。结合预实验结果—Caspase-11基因的缺失能显著增强小鼠在脓毒症中的细菌清除能力，我们提出：Caspase-11在脓毒症中很可能是导致免疫抑制乃至死亡的重要分子。围绕该科学假设，我们拟进一步研究Caspase-11在脓毒症中的作用及其机制，并初步评估Caspase-11抑制剂在脓毒症动物模型中的疗效。

Caspase-11是一类天冬氨酸蛋白水解酶，在脓毒症中具有重要的意义，敲除或抑制caspase-11表现出对脓毒症动物的保护作用。HMGB1是一种晚期的致炎因子， 可以促进免疫抑制的形成，抑制HMGB1的研究同样表现出对脓毒症动物的保护作用。但caspase-11及HMGB1在脓毒症中的分子网络机制并不明确。本研究主要关注于：Caspase-11对脓毒症的影响及作用机制；不同细胞来源的Caspase-11在脓毒症中的独特作用；脓毒症中HMGB1诱导Caspase-11活化的分子机制；硬脂酰溶血卵磷脂（stearoyL LPC）作为Caspase-11特异性抑制剂的可能性等几个关键内容。我们发现在脓毒症中，肝细胞是循环中HMGB1的主要来源，免疫细胞中caspase-11的激活依赖于肝细胞释放的HMGB1。HMGB1结合LPS后通过晚期糖基化终产物受体(RAGE)将其内化到巨噬细胞和内皮细胞的溶酶体中导致LPS进入细胞并泄露，进而导致caspase-11的激活。脓毒症中循环HMGB1的来源主要是肝细胞，这部分HMGB1介导了免疫细胞caspase-11的活化和细胞焦亡，而肝细胞HMGB1的释放依赖于TLR-4和caspase-11。硬脂酰溶血卵磷脂（stearoyL LPC）可以特异性的抑制免疫细胞内caspase-11和LPS的结合，这揭示了其作为特异性caspase-11抑制剂的可能性。本研究深入探讨了Caspase-11在脓毒症中的作用，提出了HMGB1协助细胞外LPS进入细胞浆内的重要结论，评估了硬脂酰溶血卵磷脂作为Caspase-11抑制剂在脓毒症动物模型中的疗效。丰富了脓毒症的发生发展分子机制，为脓毒症的治疗提供新的方向并为针对caspase-11的药物研发提供了依据。