α1-抗胰蛋白酶调控PPAR-r上调UCP-2抑制体外循环急性肺损伤的新机制研究

Postoperative acute lung injury (ALI) in patients undergoing cardiopulmonary bypass (CPB) is a significant clinical problem，the mechanisms regulating the pathways leading to lung injury after cardiac surgery remains an area of great concern. One important facet of ALI is oxidative injury to the lung mediated by reactive oxygen species (ROS). Our previous study first identified the biomarker of oxidative stress, AOPPs involved with the incidence of ALI following open cardiac surgery with the technique of CPB. We also found that α1-antitrypsin (α1-AT) could reduce ROS production through upregulation of UCP-2. This study use an in vivo CPB model and an in vitro cell injury model to test the hypothesis that α1-AT attenuates acute lung injury after cardiopulmonary bypass by up-regulating UCP-2 through peroxisome proliferator-activated receptor-gamma (PPAR-γ).

急性肺损伤(ALI)是体外循环(CPB)术后的主要并发症之一，合并ALI时会增加患者死亡率，CPB术后ALI的发生机制是人们关注的热点。本课题组前期研究发现氧化应激标志物晚期氧化蛋白产物(AOPPs)与CPB术后ALI的发生显著性相关，氧化应激诱导的细胞凋亡是CPB术后ALI发病的重要环节；之后又发现α1-抗胰蛋白酶(α1-AT)可以抑制CPB过程中氧化应激诱导的细胞凋亡，减轻肺损伤，同时上调了解偶联蛋白-2(UCP-2)的表达。根据预实验及最新进展，提出α1-AT通过PPAR-γ通路上调UCP-2抑制氧化应激诱导的细胞凋亡来实现肺保护效应的假说。本项目拟将α1-AT 作用于大鼠CPB术后ALI模型与氧化应激致肺泡上皮细胞损伤模型，围绕CPB术后ALI 的发生发展过程，探讨α1-AT 通过PPAR-γ上调UCP-2抑制氧化应激诱导凋亡的作用机制及其在治疗CPB术后ALI中的作用。

研究背景：α1-抗胰蛋白酶（α1-antitrypsin，α1-AT）是一种具有蛋白酶抑制作用的急性时相反应蛋白，分子量为5.2kDa，是血浆中主要的蛋白酶抑制物，能抑制中性粒细胞弹性蛋白酶、胰蛋白酶、凝血酶、血浆素等蛋白酶的活性，可以保护机体内的正常组织避免蛋白酶的损伤。最近的研究表明α1-AT可抑制炎症反应过程中的多个环节，抑制炎症介质和细胞因子的过度释放，减少PMN的激活，清除超氧阴离子、自由基等活性氧，维持氧化/抗氧化物的动态平衡，避免过度应激对机体自身的损伤，继而具有防治肺损伤的功效。本研究从炎症因子的释放、细胞凋亡、氧化-抗氧化角度探讨α1-AT对体外循环（cardiopulmonary bypass，CPB）术后急性肺损伤（acute lung injury，ALI）的抑制作用。.主要研究内容和重要结果、关键数据：1、用H2O2处理体外培养的小鼠肺泡上皮细胞，建立细胞氧化应激损伤模型，观察氧化应激下，小鼠肺泡上皮细胞的活性氧（ROS）生成、细胞存活率，caspase-3、caspase-9、以及UCP-2的表达变化，以及预先给予α1-AT能否减少ROS生成、下调凋亡相关蛋白、提高细胞存活率。结果发现：实验组加入α1-AT后，小鼠肺泡上皮细胞caspase-3、caspase-9表达也相应下调，而UCP-2表达上调。α1-AT可以通过下调caspase-3、caspase-9表达抑制线粒体通路介导的小鼠肺泡上皮细胞凋亡。α1-AT通过上调UCP-2减少小鼠肺泡上皮细胞内ROS的生成。体、内体外实验结果相似：进一步通过使用PPAR-γ拮抗剂的方法干预细胞或小鼠，观察ROS生成、UCP-2 表达变化，以及氧化应激、细胞凋亡等相关标志物表达变化。结果显示抑制PPAR-γ的作用可以拮抗α1-AT改善细胞存活率、减少ROS生成、上调UCP-2的作用。.科学意义：我们发现α1-AT 在体外循环术后急性肺损伤过程中对线粒体的保护作用机制。本项目揭示了α1-AT通过PPAR-γ上调UCP-2抑制氧化应激诱导凋亡的作用机制及其在抑制CPB术后ALI中的作用，为体外循环术后肺损伤的防治以及体外循环围术期器官保护提供了新靶点。