纳米二氧化硅经JNK/c-Jun应激信号通路诱导心肌收缩功能障碍及其分子机制研究

批准号:
81773462
项目类别:
面上项目
资助金额:
45.0 万元
负责人:
段军超
依托单位:
学科分类:
H3007.卫生毒理
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
温兆赢、李阳、于洋、许晴、张艳男、石延枫、胡何晶
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中文摘要
课题组前期发现:纳米SiO2可激活JNK/c-Jun应激信号通路,引起参与调控心肌收缩功能的组织因子(TF)表达上调,但纳米SiO2对心肌收缩功能的影响及调控机制不清。本项目拟深入研究纳米SiO2对心肌收缩功能的影响及其分子机制。体内采用大鼠和斑马鱼模型研究纳米SiO2心肌损伤作用;小动物超声及磁共振分析心脏收缩功能的改变,免疫荧光检测心室收缩功能,通过心肌弹性成像、肌小节收缩长度和心肌收缩强度分析心肌收缩功能改变;原位杂交及免疫荧光检测心肌收缩蛋白表达及其与TF、PAR1共表达;qRT-PCR及Western blot检测JNK/c-Jun和TF/PAR1信号通路基因和蛋白表达水平,反向遗传学技术验证上述信号通路基因时空表达改变。体外采用心肌细胞构建JNK过表达和干扰体系,siRNA沉默TF,进一步验证JNK/c-Jun和TF/PAR1信号通路在纳米SiO2致心肌收缩功能障碍的调控机制。
英文摘要
Our previous study found that silica nanoparticles could activate the JNK/c-Jun signaling pathway and induce the upregulation of tissue factor (TF) which could impact the cardiac contraction function, but the mechanism was still not clear. This study is aimed to investigate the influence of silica nanoparticles on myocardial contraction function and its related mechanisms. The myocardial injury was dected in SD rats and zebrafish after exposed to silica nanoparticles. The cardiac contraction function in rats was anlazed by small animal doppler ultrasound and cardiac magnetic resonance. The immunofluorescence assay was performed to detect the ventricular contraction function. Myocardial elasticity imaging, sarcomere length contraction and the intensity of myocardial contraction were measured to analyze the effect of silica nanoparticles on myocardial contract function. The co-expression of tissue factor (TF), PAR1 and actin protein were detected by qRT-PCR and Western blot, and the JNK/c-Jun and TF/PAR1 signaling pathways were measured by immunofluorescence and in situ hybridization technique. Using the reverse genetics techniques, the invovled signaling pathways was further verified. Using lentiviruse for preparing JNK overexpression and knock-down cell culture system, and TF siRNA to analyze the changes in JNK/c-Jun and TF/PAR1 signaling pathways; and verified the regulatory mechanisms of JNK/c-Jun and TF/PAR1 signaling pathways in silica nanoparticles-induced myocardial contraction dysfunction.
纳米二氧化硅被广泛应用于生物医药领域,从而增加了人群暴露和健康风险。越来多的证据表明,纳米二氧化硅可能对心血管系统造成不良影响,然而,目前国内外关于纳米二氧化硅心脏毒性相关的研究报道十分匮乏。因此,本研究的目的是探讨纳米二氧化硅对心脏功能的影响及其分子机制。通过超声心动图、超微结构和组织病理学分析发现,SiNPs可引起心肌收缩功能障碍,并伴有心肌结构损伤、肌节段紊乱、间质水肿和心肌细胞凋亡。血清和心脏组织中的心肌酶和炎症因子水平均显著升高,同时伴随着心脏氧化损伤水平升高。SiNPs可显著上调炎症和收缩相关蛋白JNK、p-JNK、c-Jun、TF和PAR1的表达水平。SiNPs可激活JNK/TF/PAR1信号通路的mRNA和蛋白水平,而JNK敲减后,SiNPs引起的心肌毒性显著减弱。此外,纳米二氧化硅可上调心肌肥厚相关特殊标志物ANP、BNP、β-MHC和焦亡相关蛋白的表达,如NLRP3、Cleaved-Caspase-1、GSDMD、IL-18以及Cleaved-IL-1β。体外研究也证实了纳米二氧化硅可增加心肌细胞内ROS水平,激活NLRP3/Caspase-1/GSDMD信号通路。而转染si-NLRP3或加入Caspase-1抑制剂VX-765、NADPH氧化酶抑制剂VAS2870处理的心肌细胞对纳米二氧化硅诱导的心肌细胞焦亡和心肌肥厚均有抑制作用。综上所述,本研究初步阐明了纳米二氧化硅致心肌收缩功能障碍的分子机制:纳米二氧化硅通过激活JNK/c-Jun/TF信号通路引起肌动蛋白表达下调,激活心肌炎症反应,造成心输出量和心室收缩功能下降,进而导致心脏功能障碍。在此基础上,进一步发现,纳米二氧化硅通过激活ROS/NLRP3/Caspase-1信号通路,引起心脏组织氧化应激和炎症反应,导致心肌线粒体损伤,最终造成心肌组织焦亡和心肌肥厚。本研究可为纳米二氧化硅毒理学安全性评价提供科学依据。
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
DOI:10.1016/j.ecoenv.2020.111496
发表时间:2020-10
期刊:Ecotoxicology and environmental safety
影响因子:6.8
作者:Mengqi Sun;Jingyi Zhang;Shuang Liang;Zhou Du;Jiangyan Liu;Zhiwei Sun;Junchao Duan
通讯作者:Mengqi Sun;Jingyi Zhang;Shuang Liang;Zhou Du;Jiangyan Liu;Zhiwei Sun;Junchao Duan
DOI:10.1080/17435390.2018.1461267
发表时间:2018-06
期刊:Nanotoxicology
影响因子:5
作者:Duan J;Liang S;Yu Y;Li Y;Wang L;Wu Z;Chen Y;Miller MR;Sun Z
通讯作者:Sun Z
Silica nanoparticles trigger the vascular endothelial dysfunction and prethrombotic state via miR-451 directly regulating the IL6R signaling pathway
二氧化硅纳米颗粒通过 miR-451 直接调节 IL6R 信号通路触发血管内皮功能障碍和血栓前状态
DOI:10.1186/s12989-019-0300-x
发表时间:2019-04-11
期刊:PARTICLE AND FIBRE TOXICOLOGY
影响因子:10
作者:Feng, Lin;Yang, Xiaozhe;Sun, Zhiwei
通讯作者:Sun, Zhiwei
Silica nanoparticles trigger the hepatic lipid metabolism disorder in vivo and in vitro
二氧化硅纳米粒子在体内和体外引发肝脏脂质代谢紊乱
DOI:--
发表时间:2018
期刊:International Journal of Nanomedicine
影响因子:8
作者:Duan Junchao;Liang Shuang;Feng Lin;Yu Yang;Sun Zhiwei
通讯作者:Sun Zhiwei
Silica nanoparticles induce JNK-mediated inflammation and myocardial contractile dysfunction
二氧化硅纳米粒子诱导 JNK 介导的炎症和心肌收缩功能障碍
DOI:10.1016/j.jhazmat.2020.122206
发表时间:2020-06-05
期刊:JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS
影响因子:13.6
作者:Feng, Lin;Ning, Ruihong;Sun, Zhiwei
通讯作者:Sun, Zhiwei
PM2.5经NCOA4/KLF5信号通路诱发内皮间质转化致心肌纤维化的机制研究
- 批准号:82273659
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:52万元
- 批准年份:2022
- 负责人:段军超
- 依托单位:
纳米二氧化硅经miR-451/ACSL4铁死亡信号通路诱发非酒精性脂肪性肝病的机制研究
- 批准号:81973077
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:55.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:段军超
- 依托单位:
纳米二氧化硅对斑马鱼血栓形成的影响及其分子机制研究
- 批准号:81502830
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:18.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:段军超
- 依托单位:
国内基金
海外基金
