Caspase-12活性增加在创伤致心肌细胞凋亡中的作用及可能机制

Cardiomyocyte apoptosis is an important cause of trauma-induced secondary cardiac injury(TISCI). Our preliminary study demonstrated that Caspase-12 was early activated in Caspase-dependence cardiomyocyte apoptosis induced by trauma, and increased Caspase-12 activity was highly correlated with TISCI. However, its significance and mechanisms is unclear. Based on our original observations, the present study was designed: 1) to investigate the time course and significance of Caspase-12 by establishing the traumatic model in cardiac-specific Caspase-12 knockout mice; 2) to observe the change of the upstream activating Caspase-12 (cytoplasmic free Ca2+ concentration in cardiomyocyte, calpains expression and activity), and to further analyze the role and significance of Ca2+ /calpain-2 pathway in early activated Caspase-12 with plasmid transfection and RNA interference technology. In short, the current study were to elaborate the significance of early activated Caspase-12 in TISCI and possible mechanisms at the molecular, organic and whole-animal levels, which would be useful to provide experimental basis for searching the early molecular events inTISCI.

心肌细胞凋亡是创伤致继发性心脏损伤（TISCI）的重要原因。我们前期研究原创性发现，创伤引起心肌细胞胱冬肽酶（Caspase）依赖的凋亡途径中，Caspase-12活性增加出现最早，且其与TISCI高度相关，但意义和机制不清。本研究拟采用心脏特异性Caspase-12敲除小鼠建立创伤模型，探讨Caspase-12在TISCI中的时间变化规律及意义；采用创伤小鼠血清刺激原代小鼠心肌细胞和H9c2心肌细胞株，动态观察Caspase-12活性的上游物质即心肌细胞胞浆内游离Ca2+水平、calpains表达及其活性的时间变化规律，利用质粒转染和RNA干扰技术进一步分析Ca2+/calpain-2通路在Caspase-12早期激活中的作用及意义。本研究旨在从整体、器官和分子水平阐明心肌组织Caspase-12活性早期增加在TISCI中的意义及可能机制，从而为寻找TISCI的早期分子事件提供实验依据。

创伤所致继发性心脏损伤病情隐匿，极易漏诊，因此死亡风险极高。已有研究发现，心肌细胞凋亡是创伤致继发性心脏损伤（TISCI）的重要原因。我们前期研究原创性发现，创伤引起心肌细胞胱冬肽酶（Caspase）依赖的凋亡途径中，Caspase-12活性增加出现最早，且其与TISCI高度相关，但意义和机制不清。本研究通过动态观察创伤时心肌细胞凋亡的时间变化规律，证实创伤引起心肌细胞凋亡显著增加；同时给予广谱Caspase抑制剂证实心肌细胞凋亡是创伤致继发性心脏损伤的原因之一。通过动态观察Caspase依赖的凋亡途径激活的时间变化规律，发现创伤时心肌细胞Caspase-12蛋白表达和活性显著增加，且Caspase-12的激活早于Caspase-8和Caspase-9的活化；给予Caspase-12抑制剂和SiRNA质粒处理心肌细胞后，心肌细胞凋亡数量和Caspase-3活性明显降低，证实早期激活的Caspase-12是创伤致心肌细胞凋亡及继发性心脏损伤的重要原因。通过动态观察创伤时心肌细胞胞浆内游离Ca2+水平、心肌组织Calpains表达及其活性的时间变化规律，发现创伤时心肌组织Calpain活性增加，Calpain-2表达升高，而Calpain-1表达变化不明显；给与Calpain抑制剂处理后，心肌组织Calpain-2表达，Caspase-12和Caspase-3活性显著降低，证实心肌细胞Calpain-2增加是创伤时Caspase-12早期激活的重要原因。通过动态观察创伤时心肌细胞内质网应激相关蛋白、内质网应激相关凋亡蛋白表达的时间变化规律，发现创伤时心肌组织内质网应激相关蛋白GRP78、p-PERK、p-IRE1α 和ATF6表达升高，内质网应激相关凋亡蛋白CHOP、Caspase-12和Caspase-3表达增加；给与内质网应激抑制剂处理后，心肌细胞CHOP和Caspase-12的表达，及心肌细胞凋亡水平均显著降低，证实内质网应激是创伤致心肌细胞凋亡的重要原因。本研究通过从整体、器官和分子水平探讨心肌组织Caspase-12活性早期增加在TISCI中的意义及可能机制，试图发现引起心脏损伤的早期事件，进而明确早期事件在继发性心脏损伤中的贡献及意义，期望能够为临床寻找创伤所致继发性心脏损伤的早期防治靶点提供理论基础和实验依据。