新型connexin43半通道阻断剂的建立及脓毒症发病机制研究

Sepsis is an overwhelming systemic inflammatory response syndrome triggered by infection. Severe sepsis has become one of the primary causes of patient death in intensive care units. Connexin43 (Cx43),through formation of hemichannels and gap junctions, participates in the regulation of important physiological and pathological processes such as cardiac development, normal cardiac, lung and brain function, and inflammation. The functional significance of Cx43 hemichannels, however, is poorly defined because of the unavailability of essential experimental tools to selectively target Cx43 hemichannels. Previously, we discovered that a non-selective hemichannel and gap junction blocker can inhibit inflammatory cell function and reduce mortality rate of sepsis in mice. In this project, we will establish novel selective Cx43 hemichannel blocker(s) and its mechanism of action by employing mass spectrometry and surface plasmon resonance technology. Through utilization of selective Cx43 hemichannel blockers and other approaches, we will define the role and underlying mechanism of Cx43 hemichannels in systemic inflammation and sepsis. After conducting a series of preliminary experiments, we are in the final phase of characterization of a potential highly selective Cx43 hemichannel blocker. Moreover, we have found that Cx43 hemichannels likely play a critical role in sepsis lethality.

脓毒症是由感染引起的全身性过度炎症反应综合症。是重症监护病房病人的主要死亡原因之一。 Connexin43 (Cx43)通过形成半通道和缝隙连接参与心脏发育，心、肺、脑等器官功能和炎症等重要生理和病理过程。由于缺乏选择性干预半通道或缝隙连接的手段，Cx43半通道的功能至今仍未明确建立。前期，我们发现一个非选择性半通道和缝隙连接阻断剂能抑制炎症细胞功能和降低脓毒症小鼠死亡率。本课题将建立新型选择性Cx43半通道阻断剂，并结合质谱和表面等离子共振技术阐明其作用机制。利用选择性阻断剂和其它技术手段,建立Cx43半通道在机体炎症反应和脓毒症的作用和机制。经过前期实验，我们已接近完成对一种新型高度选择性Cx43半通道阻断剂的验证, 而且发现Cx43半通道可能在脓毒症动物死亡中起关键作用。

脓毒症是由感染引起的器官功能障碍综合症，是重症监护病房病人的主要死亡原因之一，其发病机制尚不清楚。 缝隙连接蛋白（connexin, Cx）家族有约20个成员，其中Connexin43 (Cx43)的表达最为广泛。Cx43通过形成半通道和缝隙连接参与多种重要生理和病理过程。由于缺乏选择性干预半通道或缝隙连接的手段，Cx43半通道的功能至今仍未明确建立。.本项目的主要研究内容包括（1）感染刺激炎症细胞表达Cx43的机制；（2）根据Cx43蛋白分子的跨膜结构及其氨基酸序列设计了由10个模拟肽组成的肽库；（3）检验能够阻断Cx43半通道的模拟肽的性质；（4）利用具有阻断Cx43半通道属性的模拟肽，在脓毒症和缺血性肝损伤小鼠模型检验了Cx43半通道在脓毒症和缺血性肝损伤的作用；（5）并探索了Cx43半通道在脓毒症中的作用机制。.我们发现：细菌内毒素和促炎蛋白SAA通过TLR4受体刺激Cx43在炎症细胞的表达。在Cx43模拟肽库序列中第五个模拟肽（Cx43EL1_P5）对Cx43形成的缝隙连接没有影响，但能够抑制半通道的通透性。相对于其它非特异性Cx半通道阻断剂，Cx43EL1_P5不仅有较好的选择性，而且效率更高，说明该模拟肽是一个较好的选择性Cx43半通道阻断剂。在脓毒症小鼠模型中，腹腔注射Cx43EL1_P5能够降低脓毒症小鼠的死亡率。Cx43EL1_P5在脓毒症小鼠的保护作用与其降低脓毒症死亡介导因子HMGB1在血液的水平由密切关系。而且Cx43EL1_P5对HMGB1的调控可能依赖于其对ATP跨膜释放的调控，进而抑制嘌呤类受体（P2X7）介导的信号通路。特别值得注意的是，虽然血管内皮细胞表达多种Cx，但我们在内皮细胞培养基中类似外泌体的结构中只检测到Cx43。这些结果提示Cx43半通道参与外泌体的形成，而且外泌体的释放受半通道的调控。另外，在小鼠缺血性肝损伤模型中，Cx43EL1_P5能够显著减少缺血性肝损伤。.这些研究发现说明Cx43EL1_P5是一个Cx43半通道阻断剂。由于Cx43半通道在脓毒症和缺血性肝损伤病理过程中起重要作用，Cx43EL1_P5在脓毒症以及缺血性疾病的治疗方面可能具有比较广泛的潜在应用价值。