TRPA1在糖尿病心肌损伤中的作用及分子机制

Oxidative stress is the key factor during the development of Diabetic cardiomyopathy (DCM). Keap1/Nrf2 signal is one of the major antioxidant pathways in body. Previous studies indicated Nrf2 activation would protect against cardiac injured under diabetes. Our preliminary study found that transient receptor potential A1 (TRPA1), which is sensitive to oxidative stress, was expressed in cardiac tissue and cardiomyocyte; TRPA1 agonist prevented the generation of reactive oxygen species and up-regulated Nrf2 expression. We speculate that TRPA1 improves DCM via Nrf2 pathway. In this study, TRPA1 knock out and the matched wild type mice were used for establishing in vivo DM model; cardiac cells were induced by high glucose for establishing in vitro DCM model. Effects of TRPA1 knock out or TRPA1 activation on level of oxidative stress and cardiac damage in DM were detected. Function of TRPA1 channels under high glucose condition were evaluated by Patch clamp and calcium ion fluorescent probe. Effect of TRPA1 on Keap1/Nrf2 signal pathway was deeply explored by molecular biological techniques. The results of this study will reveal the mechanism of TRPA1 in antagonizing DCM thus highlight a new target for the treatment of DCM.

氧化应激是糖尿病性心肌病(Diabetic cardiomyopathy, DCM)发生、发展的关键因素。Keap1/Nrf2是机体最主要的内源性抗氧化应激通路之一。研究显示该通路的激活可保护糖尿病(Diabetes mellitus, DM)性心肌损伤。课题组前期研究证实：对氧化应激敏感的瞬时受体电位通道蛋白A1(TRPA1)在小鼠心肌组织和心肌细胞中有表达；TRPA1激动剂显著抑制高糖诱导的心肌细胞活性氧的产生并可上调Nrf2的表达。我们设想TRPA1调控Nrf2可拮抗DM介导的心肌损害。为证实该假设，我们拟利用TRPA1敲除和野生型小鼠，TRPA1激动剂及拮抗剂，观察TRPA1对DM心肌氧化应激和心肌损害的作用；膜片钳、钙离子荧光探针分析DM对心肌细胞TRPA1功能的影响；利用分子生物学技术深入分析TRPA1对Keap1/Nrf2通路的调控作用。研究结果可望为DCM提供新的干预靶点。

糖尿病（Diabetes Mellitus, DM）是心脑血管疾病最重要的危险因素之一。目前我国DM患者的数量已超过1亿，相关的DM心血管并发症严重危害我国民众的健康与生命并带来沉重的经济负担。瞬时受体电位通道A1亚型（TRPA1）不但在感觉神经上发挥重要的作用，近年的研究表明其与心血管代谢性疾病甚至衰老的发生与发展存在密切的联系。. 本项目基于TRPA1通过活化Nrf2通路，通过其下游的靶基因拮抗氧化应激，从而防止DM（高糖）环境下心肌细胞损伤的理论假设，从细胞水平上，整体动物水平上探讨TRPA1在糖尿病心肌损伤中的作用及机制。在3年的研究中，我们有以下发现：在细胞水平上我们利用荧光定量PCR和western blotting从细胞水平上证实了TRPA1在原代培养小鼠的心肌细胞中有表达。TRPA1的激动剂桂皮醛(CA)可上调H9C2心肌细胞Nrf2的mRNA和蛋白的表达水平，降低NADPH氧化酶的P22phox，P47phox的水平，增加Nrf2下游靶基因HO-1，NQO-1，GPx1等的表达，从而减轻高糖诱导的心肌细胞氧化应激水平的升高（包括减少心肌细胞线粒体活性氧和活性氮的生成），减少心肌细胞的凋亡。Western blotting结果证实CA以TRPA1依赖的方式降低促凋亡蛋白Bax和Cleaved-Capspase3的表达，升高抑制凋亡蛋白Bcl-2的表达。.在整体动物模型中，我们以db/db小鼠及其正常对照小鼠C57BL/KsJ开展相关的研究工作，结果发现，CA可升高血浆中抗氧化物酶的水平，可显著减少心肌纤维化，改善心脏重构；还可以改善胰岛素抵抗，改善胰岛的形态与功能；通过减少血管中超氧阴离子的生成，增加NO水平，改善血管功能。. 我们目前的研究工作证实了TRPA1对Nrf2的调控作用可显著减轻DM（高糖）相关的心血管损害，为进一步阐明TRPA1对Nrf2的调控机制打下了坚实的基础，有望为DM相关的心血管并发症提供新的干预靶点。