Gasdermin D介导内毒素血症相关心肌功能障碍的机制研究

Sepsis induced myocardial dysfunction is one of the important factors promotes multiple organ failure and death. The pathological mechanism is not fully elucidated and there is no spefic therapic approach. Gasdermin D (GSDMD) is recent discovered pore forming protein which cleaved by pro-inflammatory caspases (caspase-1 and -11) during sepsis and releases C-terminal and N-terminal. The pore forming dmain of GSDMD is N-terminal, which traget on phosphoinositide or cardiolipin in the cell membrane and promotes cell perforation and pyroptosis. Our preliminary study found that LPS induced caspase-1, -11 and GSDMD activation and the accumulation of N-terminal to mitochondria in cardiac tissue. Deletion of GSDMD or Caspase-1/11 gene expression in mice could improve endotoxin-induced mitochondrial swelling and myocardial dysfunction. Based on previous finding, we hypothesis that N-terminal of GSDMD is cleaved by pro-inflammatory caspases and traget on oxidized mitochondrial cardiolipin initiates mitochondrial damage and myocardial dysfunction in endotoxemia.

脓毒症心肌功能障碍是导致多器官衰竭及死亡的重要因素之一，其病理机制尚未明确且缺乏有效治疗靶点。新近发现的细胞打孔蛋白Gasdermin D（GSDMD）在脓毒症时被炎症性半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白水解酶-1及-11（caspase-1及-11）裂解产生具有活性的N端，其与膜结构中磷酸肌醇或心磷脂结合促进细胞打孔及焦亡。我们前期研究发现内毒素可诱导心肌中caspase-1、-11及GSDMD的N-端向线粒体聚集；敲除小鼠GSDMD或Caspase-1/11基因表达可改善内毒素诱导的线粒体水肿及心肌功能障碍。本项目拟在前期基础上，构建内毒素心肌功能障碍模型，结合基因敲除小鼠和原代心肌细胞培，研究GSDMD被炎症性caspases激活后与被氧化的线粒体心磷脂结合而产生的对线粒体及心肌功能的影响，以探讨其在心肌功能障碍中介导的关键作用及机制。本课题将阐明内毒素引起心肌功能障碍的新靶点和新机制。

脓毒血症及内毒血症是由于机体对感染的反应失调而导致危及生命的多器官功能障碍，是近年来聚焦的全球公共卫生问题之一，具有死亡率高、预后差、生活质量低的特点。心功能障碍是内毒血症最常见的并发症之一，约50%的内毒血症患者合并心功能障碍，是启动多器官功能衰竭及导致死亡的重要原因。研究发现，内毒血症相关心肌功能障碍的患者死亡率近70-90%，远高于未合并心功能障碍的内毒血症患者（死亡率20%）。近年来动物研究表明，在内毒血症早期阶段（无循环中血流动力学明显改变时）即可出现心肌功能障碍并与预后紧密相关，调控心肌特异性关键基因表达可大幅度改善脓毒症诱导的心功能下降，提高小鼠存活率。因此，可明确内毒血症对心肌细胞的直接抑制作用是导致心功能下降的早期病理机制之一。阻断菌血症对心肌的毒性抑制作用必须作为纠正脓毒症及休克治疗中的关键环节。为了实现这一目标，必须阐明内毒血症中直接导致心肌功能及损害的关键机制，在疾病早期阶段即进行有效的药物干预。按照研究计划，我们团队研究了GSDMD的激活并向线粒体聚集及其靶点氧化心磷脂，在线粒体膜孔形成、线粒体功能障碍介导内毒血症相关性心功能障碍中的关键作用。此外，我们发现线粒体复合物II可能是促进心磷脂氧化的关键活性氧来源，为活化的GSDMD与心磷脂结合形成线粒体膜孔提供条件。肝脏作为清除内毒素的场所,同时也是内毒素血症中易损器官之一，近年来受到研究者关注，通过scRNAseq和bulk RNAseq的方法，发现了肝细胞响应内毒素血症，产生区域性表型转变通过交互作用调控肝内免疫细胞，进而调节症全身免疫和炎症反应，CCL2 是影响脓毒血症中肝脏内免疫细胞空间定位改变及招募循环来源炎性细胞并促进免疫浸润和肝脏损伤的关键调控靶点。