Calpains對機械通氣膈肌萎縮的影響及其機制

《Calpains對機械通氣膈肌萎縮的影響及其機制》是依託同濟大學，由朱曉萍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：Calpains對機械通氣膈肌萎縮的影響及其機制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：朱曉萍
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

蛋白分解加劇是機械通氣膈肌萎縮的主要原因。我們前期研究發現泛素蛋白酶體途徑在其中發揮了作用。新近研究表明，鈣蛋白酶系統通過與泛素蛋白酶體的協同作用，並抑制蛋白合成信號通路的關鍵酶蘇氨酸激酶（Akt）的活性，參與蛋白降解過程。但具體機制不明。據此，我們首先觀察鈣蛋白酶抑制劑對裂解骨架蛋白後的片段、泛素蛋白連線酶關鍵組分、熱休克蛋白90，及在肌萎縮過程中Akt信號通路各組分表達的影響。進一步以Ca2+刺激C2C12肌管增加鈣蛋白酶活性後，觀察肌管大小、泛素蛋白連線酶組分及Akt 活性的變化。最後在Ca2+刺激肌管同時分別以蛋白酶抑制劑、胰島素刺激和質粒轉染上調Akt水平後觀察上述作用的逆轉。以闡明機械通氣條件下鈣蛋白酶作用於泛素蛋白酶體上游協同蛋白降解，並影響Akt活性進一步促進蛋白降解和肌萎縮。本課題有助深入了解機械通氣膈肌萎縮的發生機制，並為選擇鈣蛋白酶開發成抗肌萎縮的藥物提供理論依據。

結題摘要

蛋白分解加劇是機械通氣膈肌萎縮的主要原因。我們前期研究發現泛素蛋白酶途徑（UPP）在其中發揮作用，但機制不明。研究表明，鈣蛋白酶系統（calpains）與UPP協同作用參與蛋白降解過程，並影響Akt肌肥大通路導致肌萎縮。據此，我們首先觀察鈣蛋白酶抑制劑calpeptin對機械通氣大鼠膈肌超微結構，肌球蛋白重鏈（MHC）濃度，calpain活性，UPP關鍵組分MAFbx和MuRF蛋白表達的影響；進而觀察以Ca2+或鈣+calpeptin或鈣+蛋白酶體抑制劑bortezomib刺激C2C12肌管後的大小面積， talin肽段蛋白水平，calpain活性，MAFbx和MuRF蛋白和mRNA水平，Foxo1和Foxo3a蛋白和mRNA水平，總的Akt和磷酸化Akt蛋白，總GSK-3β和GSK-3β磷酸化蛋白水平，及Akt與HSP90亞型蛋白結合體的變化。發現：1. calpains在機械通氣膈肌損傷中發揮了促進作用，損傷的特點和部位與calpains分布及功能密切相關；2. calpains參與機械通氣大鼠膈肌萎縮的調節作用，通過作用於UPP上游調節肌纖維蛋白降解。calpains抑制劑逆轉肌萎縮及增高的calpains活性和MAFbx 和MURF1蛋白水平。3. 成功製備C2C12肌管，肌管形成過程中的相關基因表達。4. 闡明calpains 調節C2C12肌管萎縮，其機制通過拆分骨架蛋白而後UPP得以降解蛋白；兩條途徑同步調節肌萎縮機制也存在。予C2C12肌管鈣或者鈣+鈣蛋白酶抑制calpeptin或鈣+蛋白酶體抑制劑bortezomib 處理後，C2C12肌管變細，平均面積減少，予calpeptin或者bortezomib處理後，此改變恢復等。5. 闡明calpains也通過對Akt–mTOR–GSK-3β信號通路的反向影響調節肌萎縮。科學意義：本研究闡明：calpains在肌萎縮和肌損傷中發揮促進作用，其機制通過作用UPP上游與其協同降解肌纖維蛋白，同時，calpains與UPP兩條途徑也同步調節肌萎縮。另外calpains通過Akt–mTOR–GSK-3β信號通路反向調節影響肌萎縮。本課題明確證實了calpians在肌肉蛋白降解和肌萎縮中的促進作用及其發生機制，為開發機械通氣抗肌萎縮的靶點藥物提供了充分的理論依據。