新型纳米肽HD5-myr通过线粒体外膜电压依赖性门控通道VDAC-1调控巨噬细胞线粒体功能复苏在脓毒症治疗中的作用及其机制研究

Mitochondrial dysfunction of macrophages is one of important mechanisms of organ function damage in sepsis. In recent years, the role of mitochondrial resuscitation in organ function recovery has received much attention, but its mechanism remains unclear. VDAC1, a voltage-dependent channel in mitochondrial outer membrane, has been shown to be involved in transport of ATP, ions and other substances between mitochondrion and cytoplasm, and is a therapeutic target for many diseases. The novel nanopeptide HD5-myr developed by our group could self-assemble into nano-micelles in aqueous phase, which made them to be effectively engulfed by macrophages. In addition, we found that HD5-myr alleviated tissue damage and mortality in septic mice. Interestingly, our molecular docking and simulation study indicated HD5-myr could directly bind to VDAC-1. Further experiments showed that HD5-myr could increase mitochondrial oxygen consumption, ATP production, and regulate calcium ion concentration in LPS-stimulated macrophages. Therefore, we hypothesize that HD5-myr regulates mitochondrial resuscitation in macrophages through VDAC-1 and then improves the outcome of sepsis. The present project will dissect the effect of HD5-myr on macrophage mitochondrial resuscitation such as bioenergy synthesis, calcium balance and oxidative stress from the animal, cellular, organelle and molecular levels, and explore the signaling pathway. This study will provide a novel therapeutic insight in the management of sepsis.

巨噬细胞线粒体功能障碍是脓毒症器官功能损伤的重要机制。近年来线粒体功能复苏在脓毒症器官功能恢复中的作用备受关注，但其机制尚不明确。线粒体外膜电压依赖性门控通道VDAC-1参与ATP和离子等物质在线粒体、胞浆间的转运，是多种疾病的治疗靶点。本课题组前期研发的新型纳米肽HD5-myr在疏水力驱动下形成纳米胶束，被巨噬细胞内吞效果明显增强，并能改善脓毒症小鼠组织损伤及死亡率；我们计算机模拟筛选提示HD5-myr可与VDAC-1直接结合；进一步发现它能增加LPS刺激的巨噬细胞线粒体氧利用和ATP生成，并调节钙离子浓度。因此我们推测：HD5-myr通过VDAC-1调节巨噬细胞线粒体功能复苏，改善脓毒症预后。本项目拟从整体动物、细胞、细胞器、分子水平，深入解析HD5-myr对脓毒症中巨噬细胞线粒体功能复苏：能量生成、钙离子平衡和氧化应激功能的调控作用，并探讨其分子机制，为脓毒症治疗提供新思路。

脓毒症（sepsis）是感染引起的机体反应异常导致的危及生命的器官功能障碍，是各种急危重症和外科大手术的常见并发症，为探究其发病机制.本项目已成功在体水平明确新型纳米肽HD5-myr可以中和内毒素进而抑制内毒素介导的炎症因子的TNF-αmRNA和蛋白的产生和释放。可以减轻因内毒素造成的脓毒症急性肺损伤病理评分。在细胞水平成功阐述该纳米肽HD5-myr改善脓毒症中巨噬细胞的氧利用障碍和ATP生成及HD5-myr调节脓毒症中巨噬细胞内钙离子浓度。 在分子水平利用计算机分子对接及分子动力学模拟证明VDAC-1是HD5-myr的潜在靶标。依据相互作用能量最低原理，得到最稳定的HD5/VDAC-1及HD5-myr/VDAC-1复合物，进一步分析HD5/HD5-myr与VDAC-1 之间的非键相互作用和结合区域。原计划探讨“VDAC-mtCK-ANT 信号通路”在HD5-myr 对改善脓毒症预后中的分子机制。但实际试验过程中未发现 VDAC-mtCK-ANT 信号通路参与调节脓毒症介导的炎症反应及器官损伤。新型纳米肽HD5-myr在水相中能够自组装成一个超分子纳米结构，称为 Nanodefensin (ND)。为使新型纳米肽HD5-myr便于临床使用，并能安全有效地发挥杀菌作用。我们合成制作3种Nanodefensin(ND) -水凝胶，并根据杀菌效果从中筛选了最优凝胶材料Plu水凝胶，合成的ND-Plu凝胶直接被称NDEFgel。本研究采用体外抗菌实验、透射电子显微镜、转录组学分析和组织病理学分析等实验方法对NDEFgel功能进行检测。我们发现NDEFgel具有更优的杀菌作用，杀灭率达97%，并且通过调节创面愈合的微环境、促进成纤维细胞的迁移和分化来，加速创面再生：NDEFgel治疗的伤口闭合率达，4天为23%，10天达到55%，16天可达83%，均显著高于同期非治疗对照组和常规治疗对照组，为降低创伤源性脓毒症的发生率和死亡率提供了新途径。