烧伤后cofilin 活性的调控及其在肠上皮屏障功能损害中的作用与分子机制

Intestinal epithelial barrier disruption plays a pivotal role in the pathophysiological changes at the early stage of severe burn injury, however the mechanisms of intestinal epithelial barrier disruption induced by burn injury are still incompletely understood. Based on our previous studies showing that the changes of F-actin in intestinal epithelial cells are involved in the intestinal epithelial barrier dysfunction following severe burn injury, we hypothesize that severe burn injury may induce the activation of cofilin in intestinal epithelial cells, which in turn lead to intestinal epithelial barrier disruption by causing the disturbance of actin polymerization/depolymerization balance, and the changes of tight junction (TJ) and TJ associated proteins. Therefore, the current proposed research project aims to investigate the roles of LIM kinase (LIMK) and slighshot (SSH) in intestinal epithelial cofilin phosphorylation/dephosphorylation after burn injury by the means of overexpressing and silencing both LIMK and SSH genes. The project will also investigate the effects of cofilin activation on the balance of F-actin and G-actin, TJ, TJ proteins, barrier function and permeability in intestinal epithelium following burn injury. By the time these proposed studies are completed, we will have defined the molecular mechanisms of cofilin activation and its role in intestinal epithelial barrier dysruption induced by severe burn injury. It is expected that these studies will have positive effects on better understanding the mechanisms of intestinal epithelial barrier dysruption following severe burn injury.

肠上皮屏障功能损害在烧伤早期病理生理变化中极其重要，但其发生机制仍不完全清楚。在原基金项目发现肠上皮细胞F-肌动蛋白变化参与烧伤早期肠上皮屏障功能损害发生的基础上，我们根据文献资料并结合预实验结果，提出烧伤早期肠上皮细胞cofilin 活化而引起肌动蛋白聚合与解聚平衡失调、TJ 及其相关蛋白改变，导致肠上皮屏障功能损害的新假说。本项目拟通过体内外实验采用高表达及沉默LIMK、SSH 基因等干预策略，探索烧伤早期肠上皮细胞LIMK 和SSH 在cofilin 磷酸化与去磷酸化中的调控作用，以及cofilin 活性变化对F-肌动蛋白/G-肌动蛋白动态平衡、TJ 结构、TJ 相关蛋白、肠上皮屏障功能与通透性等的影响，从而阐明烧伤早期肠上皮细胞cofilin 活化的调控机制及其在肠上皮屏障功能损害中的作用与分子机制，对深入阐明烧伤早期肠上皮屏障功能损害的分子机制具有重要意义。

肠上皮屏障功能损害在严重烧伤早期病理生理变化中具有极其重要的作用，但其发生的分子机制仍不完全清楚。在我们过去发现肠上皮细胞F-肌动蛋白变化参与严重烧伤早期肠上皮屏障功能损害发生的基础上，本项目提出严重烧伤早期肠上皮细胞Cofilin 活化而引起肌动蛋白聚合与解聚平衡失调、紧密连接及其相关蛋白改变，导致肠上皮屏障功能损害的假说。通过体内外实验研究了严重烧伤及缺氧状态下肠上皮细胞Cofilin 活化的调控，以及Cofilin 活化对F-肌动蛋白/G-肌动蛋白动态平衡、紧密连接结构、紧密连接相关蛋白、肠上皮屏障功能与通透性等的影响，以期阐明严重烧伤早期肠上皮细胞Cofilin 活化的调控及其在肠上皮屏障功能损害中的作用与分子机制。项目的主要研究结果表明：严重烧伤早期及缺氧状态下发生的肠上皮屏障功能损害及通透性增加，伴随有肠上皮紧密连接受损、紧密连接相关蛋白ZO-1及Occludin表达与分布的改变、Cofilin磷酸化水平降低（即Cofilin活化）、F-肌动蛋白/G-肌动蛋白动态平衡失调。也还表明，诱导肠上皮细胞Cofilin活化，能明显引起肠上皮屏障损害及通透性增加、紧密连接相关蛋白ZO-1及Occludin表达降低与胞内分布改变、F-肌动蛋白/G-肌动蛋白相对含量比值降低、F-肌动蛋白破坏。此外，诱导肠上皮细胞F-肌动蛋白/G-肌动蛋白动态平衡失调能引起肠上皮屏障功能损害及通透性明显增加、紧密连接相关蛋白ZO-1及Occludin表达降低与胞内分布改变、F-肌动蛋白/G-肌动蛋白相对含量比值改变。这些结果提示，严重烧伤及缺氧能诱导肠上皮细胞Cofilin磷酸化程度明显降低，即Cofilin发生明显活化，从而引起F-肌动蛋白/G-肌动蛋白之间的动态平衡失调及F-肌动蛋白受到破坏，进一步导致紧密连接相关蛋白ZO-1及Occludin表达减少以及分布发生改变，使肠上皮屏障功能受损，通透性增加。这对进一步阐明严重烧伤早期肠上皮屏障功能损害的分子机制具有重要意义。