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细胞衰老在高PEEP导致的膈肌萎缩中的病理作用及机制研究

批准号:
82070087
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
葛慧青
依托单位:
学科分类:
呼吸衰竭与呼吸支持
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
葛慧青

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
膈肌是呼吸肌的重要组成部分。呼气末正压(positive end expiratory pressure,PEEP)几乎应用于所有机械通气的重症患者,以改善氧合和呼吸力学。但临床发现高PEEP机械通气会导致膈肌肌纤维萎缩,而相关的病理机制尚不清楚。本项目由此构建了高PEEP机械通气新西兰兔模型。预实验发现该模型的横膈肌组织中参与细胞衰老调控的关键分子p53和p21的表达量有显著的升高。进一步实时荧光定量PCR实验证实,细胞衰老相关的Pai1、IL-6、p16、MMP13等基因在转录水平的表达均有明显上调,提示细胞衰老是高PEEP机械通气引起膈肌肌纤维萎缩的病理基础之一。本项目拟在此基础上,确认细胞衰老在高PEEP机械通气模型中影响膈肌稳态中的病理作用;解析该模型中上调p53-p21信号轴的上游分子机理;还将尝试利用小分子化合物,对相关模型中的细胞衰老进行干预,以开发新的治疗手段。
英文摘要
Diaphragm is an important part of respiratory muscle. Positive end-expiratory pressure (PEEP) is used in almost all critically ill patients with mechanical ventilation to improve oxygenation and respiratory mechanics. However, it has been found that mechanical ventilation with high PEEP can lead to atrophy of diaphragm fibers, and the relevant pathological mechanism is not clear. In this study, we established a New Zealand rabbit model of mechanical ventilation using high PEEP. The results showed that the expression of p53 and p21, the key molecules involved in the regulation of cellular senescence, increased significantly in the diaphragmatic tissues of the model rabbits. Further real-time fluorescent quantitative PCR experiments showed that PAI1, IL-6, p16, MMP13 and other genes related to cellular senescence were significantly up-regulated at the transcription level, suggesting that cellular senescence is one of the pathological basis of diaphragm atrophy caused by high PEEP mechanical ventilation. On this basis, this study aims to determine the pathological role of cellular senescence in the diaphragmatic homeostasis of the animal model with high PEEP mechanical ventilation; analyze the upstream molecular mechanism of up regulation of p53-p21 signal axis in the model; and try to use small molecular compounds to intervene cellular senescence and develop new treatment methods in related models.
本研究旨在通过建立高PEEP机械通气动物模型,深入探讨高PEEP诱发的VIDD发生发展的分子机制,为优化机械通气策略和开发膈肌保护性治疗提供理论支持。.研究内容:建立高PEEP机械通气动物模型,将成年雄性新西兰兔随机分为 3 组:非通气组(CON 组)、48 h机械通气组(MV 组/MV + PEEP 组)。实验期间收集呼吸机参数,实验结束进行膈肌组织的分析。研究过程中课题组进行了呼吸力学评估方法的研究,开发了一套的呼吸力学评估模型,为动物模型的建立提供了重要技术支持。.研究结果:① 机械通气诱导健康兔膈肌损伤和萎缩。透射电镜(TEM)观察显示MV组横膈膜超微结构发生改变。机械通气组肌原纤维断裂,纤维间间隙增大,膈肌肌节断裂。线粒体外膜被破坏,内嵴模糊。膈肌形态计量学分析显示,与CON组相比,MV组肌节断裂百分率和密度显著增高。qPCR和WB结果显示,肌肉萎缩的重要调节因子特异的E3泛素连接酶MAFbx和MuRF1,MV组表达量显著上调。说明机械通气后家兔膈肌蛋白降解。②细胞衰老通过上调p53-p21 轴加剧了机械通气诱导的膈肌功能障碍。根据RNA-seq 结果MAFbx和MuRF1基因在MV组中上调,对差异调控基因进行GO分析发现,与衰老、复制性衰老、DNA损伤信号转导以及p53类介质对DNA损伤反应信号转导的正向调控导致p21类介质转录相关的基因显著富集。并且与细胞衰老相关的差异调控基因包括Pai1、MMP9、CHEK2和ANKRD1的mRNA表达在MV组中上调。这些结果表明,细胞衰老在VIDD的发病机制中起着重要作用。③ 高PEEP导致机械通气兔膈肌细胞外基质改变和胶原沉积,并诱导膈肌纤维化。在机械通气过程中应用8cm H2O的呼气末正压(PEEP)能够改变膈肌的位置,并在持续的机械力作用下保持其在新位置。这一变化伴随着细胞外基质的显著改变,包括胶原沉积的增加,进而促进了膈膜的纤维化进程。机械通气诱导的膈膜纤维化与PEEP的应用密切相关,且这一过程伴随着TGFβ-1(转化生长因子β-1)的上调,提示PEEP可能通过调控TGFβ-1的表达来影响膈膜的纤维化。.综上所述,本研究不仅为理解机械通气诱导膈肌功能障碍的病理生理过程提供了新的视角,也为制定有效的预防策略提供了理论依据和潜在的治疗靶点。
神经调控通气预防呼吸机诱导膈肌功能障碍的分子机制研究
  • 批准号:
    LY19H010005
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    葛慧青
  • 依托单位:
国内基金
海外基金