NLRP1对心肌肥厚的作用及其机制研究

NLRP1 belongs to a newly identified family of cytoplasmic proteins. The NLRP1 inflammasome is caspase-1-activating platform, which plays important roles in cell apoptosis, inflammation and autoimmunity. However, the effect of NLRP1 on cardiac hypertrophy induced by a pathological stimulus and the mechanisms participate in the process of cardiac hypertrophy have not been clearly demonstrated. This research is divided into two parts. Part one: NLRP1 knockout mice and NLRP1 cardiac-specific transgenic mice, and their respective wild-type littermates are subjected to either chronic pressure overload generated by aortic binding or sham surgery as the control group. Part two: in vitro studies, performed in cultured neonatal mouse cardiomyocytes and cardiac fibroblasts are used to investigate the effect of NLRP1 on cardiomyocyte hypertrophy and fibroblast proliferation, as well as to identify the molecular mechanisms that may be responsible for its putative effects. The present study is to investigate the effect of NLRP1 on cardiac hypertrophy and fibrosis and to reveal new insight into the pathogenesis of cardiac hypertrophy and may have considerable implications for the development of strategies for the treatment of cardiac hypertrophy and heart failure.

NLRP1属于细胞质蛋白家族成员，NLRP1炎症小体是caspase-1活化平台，与细胞凋亡、炎症和自身免疫关系密切。但目前尚无关于NLRP1对心肌肥厚的作用及其机制的相关报道。本项目研究分为两部分，第一部分是运用NLRP1基因敲除和心脏特异性NLRP1转基因敲除的小鼠，在体研究NLRP1对主动脉缩窄诱导的小鼠心肌肥厚的作用及其分子机理影响。第二部分是应用原代培养小鼠心肌细胞及心肌成纤维细胞在细胞水平探讨NLRP1对心肌细胞肥大和成纤维细胞增殖的影响及其可能的作用机理。力图明确NLRP1基因的表达对心肌肥厚及纤维化的影响，阐明NLRP1基因对心肌肥厚、纤维化作用的根本机制，为心肌肥厚、心肌纤维化及其诱导的心力衰竭的防治提供新的治疗靶点。

研究背景：NLRP1（也称为NALP1、DEFCAP、NAC和 CARD7）属于细胞质蛋白家族成员，参与了自身免疫性疾病，生殖、神经细胞死亡和中风等疾病的发生发展。然而，NLRP1在心肌肥厚中的作用仍不清楚。因此，我们运用在体实验以及离体实验，从动物水平到细胞水平，在功能、表型、信号通路等多个层次，对NLRP1在心肌肥厚中的作用及机制进行全面系统的研究。方法：选取8~10周龄、体重23.5~27.5g、雄性野生型C57BL/6（WT）小鼠和NLRP1基因敲除（KO）（以C57BL/6小鼠为背景建立）小鼠为实验对象，通过胸主动脉缩窄术建立小鼠心肌肥厚模型；通过PE（10μM）诱导大鼠乳鼠心肌细胞构建心肌细胞肥大模型，应用NLRP1过表达腺病毒载体、NLRP1沉默腺病毒载体感染大鼠乳鼠原代心肌细胞。通过超声心动图和血流动力学测量，病理和分子生物学方法研究 NLRP1 基因对在体心肌肥厚及离体心肌细胞肥大的作用及其可能的分子机理影响。通过TGF-β1（10 ng/mL）诱导大鼠乳鼠心肌成纤维细胞构建心肌成纤维细胞纤维化模型，应用NLRP1过表达腺病毒载体、NLRP1沉默腺病毒载体感染大鼠乳鼠原代心肌成纤维细胞离体探讨 NLRP1 基因对成纤维细胞增殖的影响及其可能的作用机理。结果：胸主动脉缩窄术后8周的NLRP1基因敲除（KO）小鼠较野生型C57BL/6（WT）小鼠的心肌肥厚、炎症和纤维化程度均减轻，其作用机制可能是NLRP1激活了MAPKs，NF-κB及TGF-β/Smad信号通路。PE诱导24小时后，模型组较对照组大鼠乳鼠原代心肌细胞面积明显增大，模型组中NLRP1沉默组较其对照组心肌细胞减小，而NLRP1过表达组较其对照组心肌细胞明显增大，其机制是NLRP1通过激活MAPKs及NF-κB信号通路发挥其对心肌细胞肥大的促进作用。TGF-β1诱导48小时后通过免疫荧光检测发现 NLRP1 过表达组较相应对照组心肌成纤维细胞胶原合成增加、纤维化明显，NLRP1沉默组较相应对照组心肌成纤维细胞胶原合成减少、纤维化减轻，通过分子生物学检测证实这种影响可能是NLRP1激活了Smad信号通路。结论：NLRP1通过增强MAPKs，NF-κB及TGF-β/Smad信号通路在心肌肥厚的发生发展过程中发挥着重要作用。