ORAI/STIM1调控重症失血性休克大鼠肠系膜动脉血管低反应性的分子机制

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目的:休克是危及生命的创伤性失血损伤的常见并发症,是全国乃至全球致死率较高的疾患之一,而失血性休克在死亡原因分类中仅次于颅脑损伤,占总死亡人数的20%~25%,是一种更危重的低血容量性休克。在已有的研究基础上,失血性休克的治疗效果已经有所进展,但休克晚期血管低反应性导致的顽固性低血压仍是休克治疗难以攻克的难关。休克晚期小动脉平滑肌细胞线粒体结构和功能损伤,钾、钙通道功能失调,细胞膜超极化以及胞内钙超载和钙失敏都与血管低反应性密切相关。但改善钾、钙通道的功能,恢复受体敏感以及细胞膜极化状态并不能完全逆转休克血管的低反应性,寻求新的治疗靶点改善血管低反应性对失血性休克的治疗具有重要意义。细胞内钙稳态受到胞外钙内流和胞内钙库钙释放的双重调控。近年来研究发现钙释放激活的钙(Calcium Release-Activated Calcium,CRAC)通道作为细胞内钙稳态调控的重要通道,是钙库操纵的钙内流(Store-Operated Ca2+Entry,SOCE)的重要组成成分,广泛分布于体内各种细胞。目前研究表明CRAC通道在血管平滑肌细胞的增殖、血栓形成、血管生成和血管张力调控中发挥重要作用,其功能障碍是心血管疾病发生发展的重要机制之一。CRAC通道主要由ORAI和STIM1(Stromal Interaction Molecule 1,STIM1)构成,STIM1作为胞内钙库Ca2+感受器和氧化应激感受器,与细胞内线粒体存在空间上的偶联。前期研究表明重症休克晚期存在线粒体功能障碍,保护线粒体可显著促进休克血管低反应性的恢复,但ORAI/STIM1介导的钙内流是否影响线粒体功能进而调控休克晚期血管的反应性,目前未见报道。本文将联合应用大鼠重症失血性休克模型和体外细胞缺氧复氧模型,探讨重症失血性休克大鼠肠系膜动脉平滑肌细胞ORAI/STIM1通道介导的胞内钙信号变化与线粒体功能以及血管低反应性之间的关系及其分子机制。方法:实验方法主要分为两部分。首先构建Sprague–Dawley(SD)大鼠重症失血性休克模型,利用离体血管环实验检测SOCE对休克大鼠肠系膜动脉张力的调控。采用q PCR,ELISA和Western Blotting检测肠系膜动脉ORAI和STIM1的表达,在此基础上采用过表达或干扰STIM1的腺病毒感染大鼠,检测STIM1的表达对休克血管的反应性和钙敏感性的影响。其次,培养大鼠肠系膜动脉平滑肌原代细胞并建立缺氧复氧模型,采用CCK-8试剂盒检测缺氧复氧对细胞活性的影响。q PCR,ELISA和Western Blotting分别用于检测缺氧复氧对平滑肌细胞的ORAI,STIM1和线粒体通透性转变孔(Mitochondrial Permeability Transition Pores,MPTPs)的重要结构调节蛋白亲环素D(Cyclophilin D,CypD)表达水平的影响。此外,过表达STIM1腺病毒感染平滑肌细胞后,采用流式细胞技术或细胞免疫荧光来检测过表达STIM1对缺氧复氧引起的平滑肌细胞MPTPs开放的影响,以及采用Western Blotting检测过表达STIM1是否影响缺氧复氧对平滑肌细胞CypD表达水平的调控。胞内钙信号的变化利用钙离子荧光探针Fura-2/AM负载细胞后,在TILLvision显微荧光离子影像系统进行检测。结果:(1)重症失血性休克大鼠血压、脉压差和心率变化以及多脏器损伤,存活时间小于24 h均表明重症失血性休克模型建立成功。(2)血管张力检测结果显示,与假手术组相比,毒胡萝卜素(Thapsigargin,TG)预处理耗竭胞内钙库后,5μmol/L苯肾上腺素(Phenylephrine,PE)引起休克大鼠肠系膜动脉的最大收缩显著降低(P0.05),而STIM1的表达显著下调(P<0.01)。(4)过表达和干扰STIM1的腺病毒感染大鼠之后,血管张力检测结果显示,过表达STIM1组(Ad-STIM1)与对照组(Ad-NC)相比,PE引起的大鼠肠系膜动脉收缩的EC50显著降低,Emax显著增加;干扰STIM1组(Adsh STIM1)与对照组(Adscramble)相比,PE和Ca2+的EC50显著增加,Emax显著降低(P<0.05)。(5)胞内钙检测结果显示,与假手术组相比,TG诱导的休克组大鼠肠系膜动脉平滑肌中SOCE显著升高(P24 h则显著降低原代培养的大鼠肠系膜动脉平滑肌细胞的活性(P<0.01)。(7)基因和蛋白表达检测结果显示,与对照组相比,STIM1在缺氧24 h复氧24 h处理的原代培养大鼠肠系膜动脉平滑肌细胞中表达显著下调(P<0.05)。(8)MPTPs检测结果显示,与对照组相比,H24-R24组肠系膜动脉平滑肌细胞钙黄绿素荧光强度显著降低,CypD表达水平显著升高(P<0.01),提示缺氧复氧导致平滑肌细胞MPTPs开放显著增加,线粒体功能障碍。而平滑肌细胞过表达STIM1后,可显著抑制缺氧复氧导致的平滑肌细胞MPTPs开放和CypD蛋白表达水平的增加。(9)胞内钙检测结果显示,与对照组相比,原代培养大鼠肠系膜动脉平滑肌细胞H24-R24组中的SOCE显著升高(P<0.001)。结论:STIM1下调是重症失血性休克大鼠肠系膜动脉血管反应性降低的重要原因,过表达STIM1可通过抑制缺氧复氧引起的平滑肌细胞MPTPs的开放,进而改善血管反应性。
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