意外深低温心跳骤停ECPB复苏时NHE1/SIRT3/CypD通路调控mPTP开放对神经系统的保护作用及机制研究

Traditional CPR is noneffective on accidental deep hypothermia caused cardiac arrest during the extreme environment. ECPB resuscitation is the most effective and advanced strategy in that case. However, the neuronal mitochondrial function still needs further protection by drugs. Our previous studies showed that NHE1 inhibitors can upregulate the expression of SIRT3, inhibit the opening of mPTP, protect the mitochondrial function and reduce the damage of the neurological system, but the exact mechanism remains unclear. We hypothesize that NHE1-mediated SIRT3 plays a key role in regulating the deacetylation of CypD, a structural protein of mPTP. By determining the expression of SIRT3 and its regulation of CypD deacetylation, observing the opening of mPTP and mitochondrial structure and function, and evaluating the neurological function after resuscitation, this study is sought to reveal the protection of inhibiting NHE1 pathway by HOE-642 on mitochondrial structure and function, and confirm NHE1/SIRT3/CypD pathway as the main mechanism of inhibiting the opening of mPTP in the model of accidental deep hypothermia caused cardiac arrest with ECPB resuscitation in rats. This study will offer the new mentality and related theory basis in the protection of neuronal mitochondrial function after ECPB resuscitation on accidental deep hypothermia caused cardiac arrest.

极端环境下意外深低温导致心跳骤停时传统的CPR方法是无效的，ECPB是挽救生命的高级复苏策略，但仍需结合药物治疗以进一步保护神经细胞及线粒体的功能。我们前期的研究显示NHE1抑制剂能上调SIRT3表达，抑制mPTP开放，保护线粒体功能，减轻神经系统损伤，但具体机制仍未阐明。我们推测NHE1介导SIRT3对mPTP结构蛋白CypD去乙酰化的调控起到关键作用。本研究拟应用大鼠深低温心跳骤停ECPB复苏的模型，使用HOE-642抑制NHE1，通过观察SIRT3的表达及对CypD去乙酰化的调控，检测mPTP开放和线粒体的结构与功能，评价复苏后神经系统损伤，揭示抑制NHE1在深低温心跳骤停后ECPB复苏时可以保护神经细胞线粒体的功能，证实经NHE1/SIRT3/CypD通路抑制mPTP开放是其主要机制。本研究将为深低温心跳骤停ECPB复苏后神经细胞线粒体功能的保护提供新思路并奠定相关机制的理论基础。

极端天气与死亡率之间的关联在全球范围内得到了普遍关注。意外深低温所致心跳骤停很难恢复自主节律。在体温没有达到正常温度之前，恢复体温是主要的治疗方法，这就使得传统的心肺复苏方法作用不明确且救治率低。急诊体外循环是针对意外深低温心跳骤停有效的复苏方法。但很多病例显示复苏后神经系统的缺血再灌注损伤不可避免，仍然需要与其他复苏策略结合以提高生存率及脑功能的恢复。SIRT3主要位于细胞核和线粒体，凭借其较强的去乙酰化酶活性和广泛的作用底物，调节多种细胞功能，调控线粒体的形态与功能，并参与了氧化应激、能量产生、自噬、炎症反应和细胞死亡等多种过程。在我们的实验中证实了，心跳骤停后SIRT3表达显著下降，神经细胞及线粒体结构与功能受损严重。本研究应用大鼠深低温心跳骤停ECPB复苏的模型，比较了传统CPR与ECPB的复苏效果，发现与传统CPR相比，ECPB显著提高了存活率和神经功能的恢复。HOE-642的应用抑制了mPTP的开放，联合低温后改善了存活率、神经恢复和海马线粒体功能。我们在项目完成过程中，应用不同动物模型探索脑缺血/再灌注后SIRT3对神经系统功能的保护机制，我们采用了大鼠窒息性心跳骤停模型进行动物实验。应用药物上调SIRT3的表达，发现其改善了神经细胞凋亡和突触的可塑性，维持了线粒体结构和功能的完整性，保持了线粒体动力学的稳定性，抑制了线粒体乙酰化CypD的表达，促进了线粒体自噬。通过测定SIRT3的含量及对CypD去乙酰化的调控，检测mPTP开放和线粒体的结构与功能，证实了SIRT3/CypD通路抑制mPTP开放是脑缺血再灌注损伤后脑保护的主要机制。此外，我们发现复苏后应用钙离子通道抑制剂抑制钙超载，改善了神经细胞坏死与凋亡、维持了线粒体结构和功能的完整性，为后续深低温心跳骤停复苏后的机制研究提供基础。