尿酸通过激活ROS/NLRP3焦亡信号通路加重心肌缺血再灌注损伤

来源 :安徽医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yhymoon0527
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背景急性心肌梗死(acute myocardial infarction)是冠状动脉粥样硬化性心脏病最主要也是最危险的并发症,其主要机制系血氧的供需失调,导致缺血缺氧的心肌出现损伤、坏死,主要表现在心脏功能、心肌形态及细胞代谢等的异常。临床治疗中,减少由于心肌梗死导致的心肌损伤,最有效的治疗方法就是重新贯通阻塞的血管,以恢复缺血缺氧组织灌注。然而,部分心肌细胞或组织在再灌注治疗后出现心肌细胞代谢和功能的异常,即心肌缺血/再灌注损伤(myocardial ischemia/reperfusion injury)。越来越多的研究证明缺血再灌注会激活心肌细胞内的氧化应激反应,促进核苷酸结合域和富含亮氨酸的重复蛋白3(NLRP3)的激活,并形成NLRP3炎症小体。NLRP3炎症小体可以裂解Pro-caspase-1成为成熟的caspase-1,后者可以促进GSDMD以及促炎细胞因子白细胞介素(IL)-1β和18的前体(pro-IL-1β和pro-IL-18)的活化成熟。尿酸作为嘌呤的代谢产物,被大量研究证实可以促进细胞的氧化应激反应,促进活性氧的产生。相关临床研究更是发现高尿酸患者的冠心病风险较正常人高,心梗后的预后更是较尿酸正常患者差。但是,尿酸与心肌缺血再灌注损伤是否存在有关联,及涉及的机制仍不清晰,以及其在NLRP3炎症小体介导的焦亡通路在其中扮演如何的角色,也需要进一步探索。目的建立动物模型,观察血清尿酸水平与心肌缺血再灌注损伤的联系。提取小鼠原代心肌细胞筛选最合适的尿酸刺激浓度,建立心肌细胞缺氧复氧模型,在细胞和分子水平探索尿酸对缺氧复氧损伤和细胞焦亡的影响;同时使用NLRP3炎症小体抑制剂、ROS清除剂探索尿酸加重心肌细胞缺氧复氧损伤与NLRP3介导的焦亡的具体机制和关系。方法1.取昆明白小鼠,均为六周雄性个体,将其分为三组:(1)假手术组;(2)MI/R组;(3)高尿酸血症+MI/R组。采用氧嗪酸钾混悬液,给与小鼠腹腔注射,持续时间为2周,以诱导高尿酸血症,另外两组腹腔注射溶媒2周。麻醉开胸后,结扎小鼠左冠状动脉半小时,再灌注2小时,诱导MI/R。对于假手术的小鼠组,各手术操作都不变,除了不结扎冠脉。于心肌缺血再灌注2小时后,检测各组小鼠心肌梗死面积,心肌组织死亡水平,收集小鼠心腔内血液检测LDH、CK-MB以及血清尿酸的浓度。同时检测焦亡通路蛋白的表达水平。2.采用新生24小时内的c57BL/6乳鼠,提取小鼠的原代心肌细胞。使用多浓度梯度的可溶性尿酸浓度(0,100,200,300,400mg/L)处理细胞,检测不同浓度处理24小时之后的细胞活力,筛选出最适合的可溶性尿酸处理浓度。将细胞分为以下五组:(1)对照组;(2)缺氧复氧组;(3)尿酸+缺氧复氧组;(4)尿酸+NLRP3炎症小体抑制剂+缺氧复氧组;(5)尿酸+ROS清除剂+缺氧复氧组。按照分组,对应药物处理24小时后,置于缺氧条件(1%O2/94%N2/5%CO2)下4小时,然后再进行复氧,2小时后,H/R模型建立成功。复氧2小时后,检测细胞活力,细胞死亡水平,上层清液检测LDH的含量,ROS试剂盒检测ROS的水平,免疫印迹检测焦亡信号蛋白的表达水平。结果动物实验:(1)与假手术组相比,MI/R组的小鼠梗死面积明显扩大,同时LDH及CK-MB也明显增多,Tunel荧光提示心肌细胞死亡较多、凋亡指数增加。(2)高尿酸建模组小鼠的尿酸水平明显高于另外两组,且差异具有统计学差异。(3)与正常小鼠相比,同样是经历缺血再灌注,高尿酸小鼠心肌梗死面积明显增大,LDH及CK-MB也明显增加,伴随tunel荧光提示心肌细胞死亡率和凋亡指数增高。(4)小鼠经历心肌缺血再灌注伴随着焦亡相关蛋白的表达增加,高尿酸血症进一步促进了焦亡信号通路蛋白的表达。细胞实验:小鼠原代心肌细胞在100mg/L的细胞活力最强,与0mg/L无明显统计学差异,故使用100mg/L作为后续实验浓度。(1)经历H/R后,伴随细胞活力降低,细胞死亡水平增加,LDH水平的升高,ROS的水平和NLPR3及其下游焦亡蛋白水平也明显增加。(2)尿酸处理加重了心肌细胞缺氧复氧后的上述损伤指标的变化。(3)给与NLRP3炎症小体抑制剂处理后,心肌细胞活力增加、损伤减轻,焦亡通路明显被抑制。(4)给与ROS清除剂后,ROS水平明显降低,也显著逆转了尿酸处理的心肌缺血缺氧复氧后的损伤变化,同时也明显降低了NLRP3及其下游焦亡相关蛋白的表达,缓解了H/R所致的损伤。结论高尿酸可以促进小鼠的心肌细胞在经历缺血再灌注后的损伤的死亡,小鼠心肌缺血再灌注伴随焦亡蛋白表达增加,高尿酸也进一步促进了焦亡蛋白的表达。我们的体外研究结果表明,心肌细胞经历缺氧复氧激活了焦亡通路,尿酸加重了缺氧复氧后的损伤,也促进了细胞焦亡程度的加重,主要因为尿酸促进细胞内产生ROS,后者激活促进NLRP3炎症小体的组装,促进下游焦亡通路的激活,恶化了H/R损伤。
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