内质网应激反应PERK-CHOP通路介导的细胞凋亡在严重烧伤后骨骼肌消耗中的作用

Skeletal muscle wasting（SMW）, which is one of the devastating consequences of severe burn injury, has profound influence on prognosis of burn patients and apoptosis has been proved to be an essential and initial mechanism involved in SMW. Apoptosis mediated by endoplasmic reticulum stress (ERS) is an important apoptotic pathway for eukaryotic cells, which beginning with interrupted homeostasis of ER by multiple factors and mediated by (RNA-dependent protein kinase)-like ER kinase(PERK)-C/EBP-homologous protein(CHOP) signaling pathway and so on. Our former study has preliminarily revealed that there was increased apoptosis in tibialis anterior muscle of rats with severe burn injury, accompanied by ERS activation and evaluated CHOP expression, which is an implication of potential role of ERS and PERK-CHOP pathway-mediated apoptosis in SMW. Basing on these results, we intend to investigate expression changes of key molecules involved in ERS PERK-CHOP signaling pathways post-burn in vivo and in vitro, and then interfere ER stress with chemical molecule 4-phenyl butyric acid (4-PBA) upstream and interfere CHOP with siRNA downstream to identify the role of ER stress PERK—CHOP signaling pathway-mediated apoptosis in SMW post-burn. We also anticipate to find potential targets suitable for SMW clinical treatment through this research.

严重烧伤后存在明显的骨骼肌消耗（SMW），显著影响患者预后。其中，细胞凋亡是介导SMW的始动因素和重要分子机制。内质网应激反应（ERS）介导的细胞凋亡是真核细胞重要的凋亡通路，它是由于各种原因导致内质网稳态失衡，并活化下游的RNA依赖的蛋白激酶样内质网激酶(PERK)-C/EBP同源蛋白（CHOP）等特异性信号通路介导细胞凋亡。我们前期研究初步发现严重烧伤大鼠胫骨前肌存在细胞凋亡，同时伴有ERS活化和CHOP表达增高，提示ERS PERK-CHOP介导的细胞凋亡可能参与严重烧伤后SMW的发生。本项目拟在此基础上，以动物实验和细胞实验相结合， 观察烧伤后ERS、PERK-CHOP通路关键分子表达改变；分别在通路上游使用4-苯基丁酸干预ERS，在通路下游使用siRNA干扰CHOP，明确ERS及PERK-CHOP通路在SMW的确切作用；并通过研究筛选潜在的临床治疗靶点。

严重烧伤后存在明显的骨骼肌消耗（SMW），显著影响患者预后。其中，肌细胞凋亡是介导SMW的始动因素和重要分子机制。内质网应激反应（ERS）介导的细胞凋亡是真核细胞重要的凋亡通路，其是由于各种原因导致内质网稳态失衡，并活化下游的RNA依赖的蛋白激酶样内质网激酶（PERK）-C/EBP同源蛋白（CHOP）等特异性信号通路介导细胞凋亡。本项目主要探讨ERS及其PERK-CHOP凋亡通路在严重烫伤大鼠骨骼肌肌细胞凋亡和SMW中的作用。本项目研究主要有以下发现：（1）动物实验发现严重烫伤后大鼠体重和胫骨前肌重量减轻、肌细胞超微结构改变、肌细胞凋亡增加，同时ERS相关蛋白葡萄糖调节蛋白78（GRP78）、CHOP、Caspase-12 活性体等蛋白表达增加，表明严重烧伤后存在骨骼肌细胞凋亡和SMW，同时存在ERS及其PERK-CHOP凋亡通路的活化；（2）通过动物实验使用4-苯基丁酸（4-PBA）干预ERS，发现4-PBA除了抑制GRP78、CHOP、Caspase-12 活性体等蛋白表达外，还能够减少肌细胞凋亡，抑制SMW，表明ERS是介导严重烧伤后骨骼肌肌细胞凋亡和SMW的重要机制；（3）体外实验使用严重烫伤大鼠血清培养L6肌管细胞，并使用4-PBA干预，发现其能够减少ERS 相关分子二硫键异构酶（PDI）、凋亡分子Bax、Caspase-3 mRNA的生成和CHOP蛋白表达，减少L6肌管细胞凋亡。再次表明ERS是介导严重烧伤后骨骼肌肌细胞凋亡的重要机制。（4）体外实验使用严重烫伤大鼠血清培养L6肌管细胞，并使用siRNA干扰CHOP，发现其能够减少CHOP、Bax的mRNA生成、减少L6肌管细胞凋亡，从而最终表明PERK-CHOP通路是ERS介导严重烧伤后骨骼肌肌细胞凋亡和SMW的主要途径。本项目研究进一步丰富了严重烧伤后SMW的分子机制，为以后的基础研究和临床治疗打下了基础。