钙离子敏感受体CaSR的激活可减轻镉对肾小管上皮细胞的毒性的分子机理的研究

Cadmium is a nonessential divalent heavy metal ion that causes toxicity in most organisms. And it causes cell apoptosis, proliferation and autophagy through activation of intracellular calcium signaling. Importantly, after cadmium uptake into the body, it tends to accumulate in kidney and cause kidney injury through disruption of kidney calcium homeostasis. However the underlying mechanisms are still unclear. In this research proposal, we proposed to examine the effects of cadmium on intracellular calcium homeostasis and related signaling pathways PLC-IP3 and PLC-ERK. In addition, we also proposed to analyze the molecular mechanism of the alleviation of cadmium-induced cytotoxicity by the activation of calcium sensing receptor (CaSR). This study will help to reveal cadmium induced signaling pathways, provide the theoretical basis for the treatment of cadmium poisoning, identify new drug targets on cadmium induced disruption of calcium homeostasis, and promote the development of design and screening of drug applicable to alleviate cadmium induced renal toxicity.

镉是人体非必需且有毒重金属元素, 可通过诱导细胞内钙离子信号进而引发细胞的凋亡、自噬以及增殖。镉进入机体后,富集于肾脏,引发钙离子稳态失衡而致肾脏受损,但其分子机理尚未阐明。本研究拟以ICR雄性小鼠体内实验,与小鼠肾小管上皮细胞系(mRTEC)和人肾小管上皮细胞系(HK-2)的体外实验相结合,检测镉引起肾小管上皮细胞受损时，对细胞内胞浆钙离子浓度及其介导的信号通路PLC-IP3和调节胞浆钙离子浓度的信号通路PLC-ERK的影响及作用机制；并分析钙敏感受体CaSR的激活(通过添加CaSR的激动剂NPS R-467)对抑制镉细胞毒性的分子机理。本研究将有助于揭示镉诱导的信号转导途径与其细胞毒性的关系；并对机体镉暴露中出现的与钙离子稳态失衡相关的肾损伤病症的治疗提供理论依据，鉴定出新的抑制镉中毒的药物作用靶位点，以促进设计和筛选治疗镉肾脏毒性的药物应用开发。

镉(Cadmium, Cd)是一种有毒重金属，可在肾脏中蓄积，引起肾脏损伤，促进慢性肾脏病(chronic kidney disease, CKD)的发展。研究证明，镉会影响肾脏细胞增殖、自噬和凋亡，但对镉的防治及其内在机制仍在探索中。本课题中，我们使用小鼠肾小管上皮细胞(mRTECs)来阐明镉诱导的毒性和信号通路，并研究拟钙剂(NPS R-467)激活钙敏感受体(Ca2+ sensing receptor, CaSR)后，预防镉诱导肾小管细胞毒性的分子机制。一方面，镉通过磷脂酶C(PLC)-肌醇1、4、5-三磷酸(IP3)诱导细胞内Ca2+水平升高，随后激活p38丝裂原激活的蛋白激酶(MAPK)，抑制细胞外信号调节激酶(ERK)，从而诱导细胞凋亡，抑制细胞增殖。另一方面，镉暴露激活p38还会诱导自噬流抑制，进一步加剧镉诱导的细胞凋亡。然而，添加NPS R-467可恢复镉诱导的细胞内Ca2+水平，抑制p38和激活ERK通路，恢复自噬流，减少细胞凋亡，增加细胞增殖。因此，结果表明，激活CaSR可预防镉诱导的肾小管细胞凋亡。.我们进一步通过体内动物实验验证激活CaSR可减轻镉引发的肾损伤的作用机理。结果表明，长期镉暴露(4周)可导致自噬流抑制，引发肾脏凋亡和损伤，包括组织病理上的肾小球萎缩、肾脏近曲小管受损；和生化指标上丙二醛（MDA）水平和尿蛋白含量升高，以及肾脏损伤分子1（KIM-1）上调等。然而，注射NPS R-467可恢复肾脏组织中的自噬流，并减少镉诱导的肾脏凋亡和损伤。.本课题的研究结果充分表明，CaSR的激活可预防镉引起的肾毒性和肾脏损伤，这可能有助于临床CKD的治疗。此外，对自噬在肾脏疾病中作用机理的深入研究，可能为肾脏疾病提供新的治疗方法和新的靶向治疗药物。