大气细颗粒物暴露引发心肌功能失常的作用和分子机制

批准号:
91743104
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
80.0 万元
负责人:
陆忠兵
依托单位:
学科分类:
B0607.环境毒理与健康
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
王红云、王月、冯玮、袁军涛、雷桐、刘莎莎、沈曦月、吴永光、高俊灵
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中文摘要
大气细颗粒(PM2.5)暴露与心血管疾病的发生密切相关,严重影响人类健康,但确切机理还未明确,造成防治困难。我们最近发现PM2.5急性暴露可以在心肌细胞中激活单磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMPK),并且敲除AMPKα2基因可以促进PM2.5引发的心力衰竭,但AMPK如何影响PM2.5引起的心肌损伤的机制还不清楚。本项目拟通过多功能气溶胶浓缩暴露系统装置对正常和心肌肥厚小鼠进行不同时间的PM2.5暴露处理,结合AMPKα2-/-小鼠和药物激活AMPK的手段,利用PM2.5理化特征分析、心脏病理检测、转录组测序和分子细胞技术,在动物和细胞层面揭示AMPK影响PM2.5引发心血管氧化应激和炎症反应的作用和分子机制,为阐明细颗粒物毒性组分诱发的机体应答与损伤作用机理提供科学依据。
英文摘要
Emerging evidence suggests that long-term exposure to high concentrations of airborne fine particulate matter (PM2.5, aerodynamic diameter<2.5 µm) increases the risk of cardiovascular diseases and induces the adverse health effects in humans. However, we are still far from elucidating the mechanism that induces the adverse effects exerted by PM2.5. We recently found that acute PM2.5 exposure activates AMP-activated protein kinase (AMPK) in cardiomyocytes and PM2.5 exposed AMPKα2-/- mice exhibited cardiac dysfunction. However, how AMPK is involved in PM2.5-induced cardiac injury remains unclear. In this project, control and mice with cardiac hypertrophy will be subjected to PM2.5 exposure using versatile aerosol concentration enrichment system for the indicated interval times. AMPKα2-/- mice and metformin treatment will be used in those PM2.5 exposued experiments. Then, with the analysis of physical and chemical characterizations of PM2.5, cardiac pathological examination, RNA-Sequencing and cell molecular biology techniques, we will reveal the role of AMPK in PM2.5-induced cardiovascula oxidative stress and inflammatory response. Our data may provide novel insights into the mechanism of cytotoxicity and pathogenesis of diseases associated with PM2.5 exposure.
大气细颗粒(PM2.5)暴露与心血管疾病的发生密切相关,严重影响人类健康,但确切机理还未明确,造成防治困难。在本项目中,我们一共研究了四个方面的内容。首先,我们利用多功能气溶胶浓缩暴露系统装置对野生型和AMPKα2-/-小鼠进行大气PM2.5暴露处理6个月,证实缺少AMPKα2基因可以促进PM2.5诱导的肺脏纤维化、氧化应激和炎症反应,其机制与上调促纤维化和炎性基因以及下调抗氧化酶Prdx5有关。其次,我们用气管滴注的方法对野生和AMPKα2-/-小鼠进行PM2.5暴露,在此过程中给予小鼠二甲双胍(metformin)治疗,发现二甲双胍在野生和AMPKα2-/-小鼠均能够显著减轻心肺组织的炎症、纤维化和氧化应激,维持心脏射血分数,其保护作用与上调线粒体抗氧化酶有关,而不依赖AMPKα2。第三,我们通过全身暴露装置对野生型C57小鼠进行了3个月和6个月的低剂量暴露(命名为PM2.5-3L和PM2.5-6L,日暴露平均浓度约为~50 µg/m3)以及三个月的高剂量暴露(命名为PM2.5-3H,日暴露平均浓度约为~110 µg/m3),发现高浓度的PM2.5-3H暴露引起更为严重的肺损伤和更多的差异基因,并且各种暴露条件引起的表达谱变化存在显著差异。我们还发现,PM2.5暴露引起的肺脏炎症和氧化应激与Cd5l的表达上调以及Hspa1和Prdx4的表达下调有一定的相关性。第四,我们以主动脉缩窄处理的,发生心肌肥厚的小鼠为研究对象,进行了短暂的大气PM2.5暴露,发现PM2.5暴露显著加剧了肺脏重量、炎症、肺血管重构、氧化应激和右心室肥厚。总体而言,通过本项目的研究我们对PM2.5损伤心肺系统的毒性作用机制有了更清楚的认识,并为改善大气污染相关的呼吸和循环系统疾病的治疗和预防提供了新的潜在方法和理论依据。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
GCN2 deficiency ameliorates doxorubicin-induced cardiotoxicity by decreasing cardiomyocyte apoptosis and myocardial oxidative stress.
GCN2 缺陷通过减少心肌细胞凋亡和心肌氧化应激来改善阿霉素诱导的心脏毒性。
DOI:10.1016/j.redox.2018.04.009
发表时间:2018-07
期刊:Redox biology
影响因子:11.4
作者:Wang Y;Lei T;Yuan J;Wu Y;Shen X;Gao J;Feng W;Lu Z
通讯作者:Lu Z
The effect of exposure time and concentration of airborne PM2.5 on lung injury in mice: A transcriptome analysis
空气中 PM2.5 的暴露时间和浓度对小鼠肺损伤的影响:转录组分析
DOI:10.1016/j.redox.2019.101264
发表时间:2019-09-01
期刊:REDOX BIOLOGY
影响因子:11.4
作者:Wang, Hongyun;Shen, Xiyue;Lu, Zhongbing
通讯作者:Lu, Zhongbing
GCN2 deficiency protects against high fat diet induced hepatic steatosis and insulin resistance in mice
GCN2 缺乏可预防高脂肪饮食引起的小鼠肝脂肪变性和胰岛素抵抗。
DOI:10.1016/j.bbadis.2018.07.012
发表时间:2018-10-01
期刊:BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-MOLECULAR BASIS OF DISEASE
影响因子:6.2
作者:Liu, Shasha;Yuan, Juntao;Lu, Zhongbing
通讯作者:Lu, Zhongbing
GCN2 deficiency ameliorates cardiac dysfunction in diabetic mice by reducing lipotoxicity and oxidative stress
GCN2 缺乏可通过降低脂毒性和氧化应激来改善糖尿病小鼠的心脏功能障碍。
DOI:10.1016/j.freeradbiomed.2018.10.445
发表时间:2019-01-01
期刊:FREE RADICAL BIOLOGY AND MEDICINE
影响因子:7.4
作者:Feng, Wei;Lei, Tong;Lu, Zhongbing
通讯作者:Lu, Zhongbing
AMPKα2 deficiency exacerbates long-term PM2.5 exposure-induced lung injury and cardiac dysfunction
AMPK α 2 缺乏会加剧长期 PM2.5 暴露引起的肺损伤和心脏功能障碍
DOI:10.1016/j.freeradbiomed.2018.05.008
发表时间:2018-06-01
期刊:FREE RADICAL BIOLOGY AND MEDICINE
影响因子:7.4
作者:Wang, Hongyun;Shen, Xiyue;Lu, Zhongbing
通讯作者:Lu, Zhongbing
真核细胞翻译起始因子4E结合蛋白1在心脏衰老中的作用和分子机制
- 批准号:82370275
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:49万元
- 批准年份:2023
- 负责人:陆忠兵
- 依托单位:
GCN2抑制剂对糖尿病心肌病的保护作用及机制研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:55万元
- 批准年份:2020
- 负责人:陆忠兵
- 依托单位:
4E-BP1调控翻译起始影响心肌肥厚和心力衰竭的分子机制研究
- 批准号:81470520
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:73.0万元
- 批准年份:2014
- 负责人:陆忠兵
- 依托单位:
GCN2影响心肌肥厚和心力衰竭的分子机制研究
- 批准号:81270319
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:70.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:陆忠兵
- 依托单位:
国内基金
海外基金
