CIRP调控线粒体相关内质网膜(MAM)钙离子转运在低温脑复苏中的作用及机制研究
批准号:
82102309
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
高宇
依托单位:
学科分类:
心肺复苏
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
高宇
中文摘要
心跳骤停后全脑缺血再灌注损伤严重影响心肺复苏后患者的生存率及神经功能预后。寻找新的有效的治疗缺血再灌注损伤的靶点是目前研究的热点与难点。前期研究中我们发现冷诱导RNA结合蛋白(CIRP)具有神经元复苏作用,但是具体的作用机制还不清楚。鉴于(1)线粒体相关内质网膜(MAM)调控的钙离子可维持线粒体正常能量代谢;(2)脑缺血再灌注损伤会导致MAM调控的线粒体内钙超载,能量失衡;(3)低温诱导的CIRP被抑制后可加重线粒体损伤诱导的细胞凋亡。结合预实验结果,CIRP可以同MAM中钙离子转运复合体相互作用。我们推测:低温诱导的CIRP可能通过抑制MAM中钙离子的转运,降低线粒体内钙超载进而改善线粒体能量代谢,发挥神经元复苏作用。本研究通过在体和离体实验,利用分子生物学等技术,从整体-细胞-细胞器-分子-离子等多角度揭示低温诱导的CIRP的神经元复苏机制,为提高脑复苏成功率提供新思路。
英文摘要
Global cerebral ischemia-reperfusion injury resulted from cardiopulmonary resuscitation (CPR) seriously affects the survival rate and neurological function prognosis of patients with cardiac arrest. It is a hot topic to study the mechanism of ischemia-reperfusion injury and find a new way to alleviate it. 2010 American Heart Association Guidelines for Cardiopulmonary Resuscitation and Emergency Cardiovascular Care recommended, comatose patients with out‑of‑hospital ventricular fibrillation cardiac arrest were cooled to 32–34°C for 12 or 24h. Therapeutic hypothermia is an effective intervention. In our previous studies, we found that the cold induced RNA binding protein (CIRP) has a protective effect on cerebral. However, the detailed mechanism is unclear. Inview of (1) Calcium regulated by mitochondria associated endoplasmic reticulum membranes (MAM) can maintain normal mitochondrial energy metabolism;(2) Cerebral ischemia/reperfusion injury can lead to calcium overload and energy imbalance in mitochondria regulated by MAM; (3) Inhibition of CIRP can aggravate mitochondrial injury-induced apoptosis. Combined with pre-experiment results: CIRP can interact with the calcium transport complex IP3R-GRP75-VDAC1 in MAM. We speculate that CIRP may affect calcium transport complex in MAM, inhibit calcium transport, reduce calcium overload in mitochondria, improve mitochondrial energy metabolism, and play a role in neuronal resuscitation. In the research, we create ischemia-reperfusion model in vivo and vitro to simulate clinical cardiac arrest of cerebral injury patients. We take the relationship between CIRP and MAM which regulate the calcium transport as the entry point in order to reveal the mechanisms of hypothermia induced CIRP resuscitating neuron through whole body-cell-organelle-molecule-ion. We hope it can provide a new target for improving the successful rate of cerebral resuscitation.
心跳骤停一直是人类死亡的首要原因,及时有效的心肺复苏对患者的后续治疗极为关键。随着心肺复苏技术的不断普及与更新,心跳骤停患者复苏的成功率也不断提高。 但是根据美国心脏协会报道:即使自主循环恢复后仍有约50%的院内和90%的院外心跳骤停患者死亡,幸存者中也有将近一半的患者出现神经系统损害。因此我们有必要更加深入的研究脑复苏的作用机制及作用靶点。心跳骤停至自主循环恢复后48小时,此阶段为脑损伤的启动环节,主要改变是循环和代谢异常。能量代谢障碍是脑缺血再灌注损伤最重要的启动因素,也是复苏早期最重要的干预靶点。钙离子作为线粒体内ATP合成酶及呼吸链相关限速酶的调控因子,在线粒体能量代谢中发挥着重要的作用。而在内质网和线粒体之间存在的线粒体相关内质网膜(MAM)负责调控线粒体中钙离子的浓度。低温是临床上常用且行之有效的脑复苏方法,2020年AHA 进一步细化了心肺复苏和心血管急救指南低温疗法的实施标准。低温复苏机制涉及多个途径和同一途径的多个靶点,包括降低代谢、抑制兴奋性氨基酸释放、抗氧化应激和降低钙超载等。阻断缺血再灌注损伤导致的MAM介导的钙离子转运,成为低温重建细胞稳态恢复线粒体能量代谢功能的重要靶点。通过基因组学我们发现冷休克蛋白CIRP在低温的作用下表达明显升高,并可能影响神经元的生存。在动物实验中我们发现CIRP可以和MAM中钙离子转运复合体蛋白相结合,从而阻断了MAM介导的钙离子转运,缓解了线粒体压力,改善了线粒体的能量代谢。电子显微镜还观察到MAM结构的变化。在细胞实验中我们同样检测到CIRP和MAM中钙离子转运复合体蛋白结合,并用流式技术测得CIRP可以明显降低线粒体内钙浓度,从而提高神经元存活率。本项目从整体-细胞-细胞器-分子-离子等多角度揭示了低温脑复苏的新机制, 进一步为临床上脑复苏患者的治疗提供理论基础和新的思路。
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