RBP4通过自噬-NLRP3炎性小体途径促进糖尿病心肌损伤的机制研究

Diabetic cardiomyopathy (DCM) is a major cause of heart failure in patients with type 2 diabetes (T2D). Inflammation is one of the most important pathogenic factors contributing to DCM. Activation of NLRP3 inflammasome plays a crucial role in the inflammatory process of diabetic myocardium. NLRP3 inflammasome can be activated by excess autophagy, which is common in T2D. Recent studies showed that retinol binding protein 4 (RBP4) is a novel proinflammatory factor. Our previous studies have demonstrated that RBP4 could cause insulin resistance and T2D, and serum levels of RBP4 were increased in mice with DCM. In cultured cardiomyocytes, stimulation with human recombinant RBP4 upregulated the level of autophagy. Thus we hypothesized that "In T2D, upregulated RBP4 may induce excess myocardial autophagy, which in turn promotes the activation of NLRP3 inflammasome, and will subsequently cause diabetic myocardial injury". In the present study, we will firstly determine the molecular mechanism by which RBP4 induces excess autophagy and whether RBP4 induced excess autophagy activates NLRP3 inflammasome in cardiomyocyte. And then we will investigate whether upregulated RBP4 promotes diabetic myocardial injury via autophagy-NLRP3 inflammasome pathway in high glucose-induced cardiomyocyte model as well as in RBP4 transgenic and knockout T2D mice models. This proposal will provide a new insight into prevention and treatment for DCM.

糖尿病心肌病（DCM）是2型糖尿病患者心力衰竭的主要原因，炎症反应是导致DCM的重要机制之一，其中心肌NLRP3炎性小体的活化至关重要。研究表明过度自噬可通过激活NLRP3炎性小体促进炎症反应,而2型糖尿病心肌自噬被过度激活。视黄醇结合蛋白4（RBP4）是新的促炎症因子，我们前期发现RBP4升高可促进胰岛素抵抗，导致2型糖尿病,并发现血清RBP4水平在DCM中升高，且RBP4刺激可激活心肌细胞自噬。据此提出科学假说：2型糖尿病时RBP4升高诱导心肌细胞过度自噬，激活NLRP3炎性小体，促进心肌炎症反应，从而导致糖尿病心肌损伤。本项目将在心肌细胞确证RBP4通过诱导过度自噬激活NLRP3炎性小体的作用及机制；并在细胞水平干预RBP4表达,分析其对高糖诱导的心肌细胞炎症损伤的影响；在RBP4转基因和敲除鼠2型糖尿病模型中，研究干预RBP4表达对DCM进程的影响，为DCM防治提供新思路和新靶点。

心力衰竭是各种心血管疾病发展的严重阶段，具有较高的发病率和死亡率。病理性心肌肥厚是其最重要的病理生理基础。胰岛素抵抗具有促进心力衰竭的作用。视黄醇结合蛋白4（retinol-binding protein 4, RBP4）作为脂肪因子，具有促进胰岛素抵抗作用。研究表明，RBP4水平升高与高血压、冠心病等心血管疾病密切相关。但关于RBP4在病理性心肌肥厚中的确切作用及可能机制尚不清楚。本研究通过构建主动脉弓缩窄术诱导的小鼠病理性心肌肥厚模型发现，血清和白色脂肪组织中RBP4水平在心肌肥厚小鼠有明显升高，并与心肌肥厚的程度呈正相关。血管紧张素II在心肌肥厚小鼠明显升高，并与血清RBP4水平呈正相关。进一步研究发现，血管紧张素II可以增加小鼠血清和白色脂肪组织RBP4水平；并增加白色脂肪细胞内RBP4的表达。给予血管紧张素II受体抑制剂─络沙坦预处理，则可以阻断血管紧张素II升高白色脂肪细胞RBP4表达的作用。通过培养原代乳鼠心肌细胞、并给予不同浓度的重组RBP4蛋白刺激发现，RBP4可以呈剂量依赖性诱导心肌细胞肥大，表现为心肌细胞表面积增大、蛋白合成增加以及肥厚相关基因表达升高。进一步研究发现，RBP4刺激可以显著促进心肌细胞中炎症因子的表达和分泌，增加心肌细胞中氧化应激相关基因的表达和ROS的生成增加。给予抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸预处理，则可以在抑制心肌细胞内氧化应激损伤的同时，减轻RBP4刺激所诱导的心肌细胞炎症反应和病理性肥大。进一步的分子机制研究发现，RBP4刺激可以增加心肌细胞中Tlr4及其下游Myd88的表达水平。TLR4抑制剂TAK242或基因敲除Tlr4/Myd88则可以明显抑制RBP4刺激所诱导的心肌细胞炎症反应、氧化应激损伤及病理性肥大。此外，还发现病理性心肌肥厚小鼠血糖及HOMA-IR均有明显升高，并且血清RBP4水平与HOMA-IR呈正相关。而在心肌细胞中，RBP4刺激可以明显降低GLUT4表达水平，并导致胰岛素刺激诱导的葡萄糖摄取能力下降。抑制TLR4则可以减轻RBP4刺激所导致的GLUT4表达降低和葡萄糖摄取能力下降。本研究结果显示，脂肪因子RBP4具有促进心肌细胞病理性肥大和胰岛素抵抗的双重作用，其作用主要通过激活TLR4/MyD88依赖的炎症信号通路所介导。希望本研究能够为未来临床上以RBP4作为药物治疗靶点防治心力衰竭提供理论研究。