Caspase-1依赖的细胞焦亡在2型糖尿病大鼠CPB下心肌缺血/再灌注损伤中的作用研究

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目的:通过建立2型糖尿病(T2DM)大鼠模型和CPB下全心缺血/再灌注模型,观察Caspase-1依赖的细胞焦亡在T2DM大鼠CPB下全心缺血/再灌注损伤中的作用,并探究其可能机制。方法:建立T2DM大鼠模型,通过糖耐量试验(IPGTT&OGTT)验证模型成功建立。将12只正常大鼠随机分为2组,每组6只:正常+假手术组(Nor+S)、正常+缺血/再灌注组(Nor+I/R);12只T2DM大鼠随机分为2组,每组6只:T2DM+假手术组(T2DM+S)、T2DM+缺血/再灌注组(T2DM+I/R);随后,将24只T2DM大鼠随机分为4组,每组6只:T2DM+缺血/再灌注+ROS清除剂组(T2DM+I/R+NAC)、T2DM+缺血/再灌注+生理盐水对照组(T2DM+I/R+NS)、T2DM+缺血/再灌注+caspase-1抑制剂组(T2DM+I/R+VX-765)、T2DM+缺血/再灌注+有机溶剂(二甲基亚砜)对照组(T2DM+I/R+DMSO)。假手术组:持续CPB 150min;I/R组:CPB 10min,全心缺血30min,再灌注120min。T2DM+I/R+NAC组和T2DM+I/R+NS组:缺血前30min持续尾静脉(1ml/h)泵注NAC(150mg/kg)或NS,再行I/R处理;T2DM+I/R+VX-765组和T2DM+I/R+DMSO组:缺血前30min经腹腔注射VX-765(16mg/kg)或DMSO(0.5ml/kg),再行I/R处理。记录大鼠平均动脉压(MAP)、心率(HR)及红细胞压积(Hct)。于复灌末观察和对比各组大鼠心肌细胞形态学变化、心肌梗死面积、线粒体ROS和caspase-1的含量以及NLRP3、pro-caspase-1、caspase-1 p10及GSDMD蛋白表达量、血浆中CK-MB、c Tn I、IL-1β和IL-18的含量。结果:(1)OGTT和IPGTT结果:正常大鼠和T2DM大鼠在灌胃或腹腔注射20%GS后立即出现血糖升高,而30min后出现血糖降低。与正常大鼠的血糖相比,T2DM大鼠各时间点的血糖值一直维持在较高水平(>16.7mmol/L)(P<0.05)。(2)MAP、HR及Hct的变化:各组大鼠MAP在T0-T4时间点呈现逐渐降低的趋势,但均维持在60mm Hg以上;I/R处理的大鼠在T2时间点实现完全停跳,并在T3时间点成功复跳,心率在T4时接近于S组;各组大鼠Hct在T1时间点较T0显著降低,T1-T4没有显著差异,各时间点Hct均在20%以上。(3)线粒体评分和心肌梗死面积比较:与Nor+S组大鼠相比,T2DM+S组大鼠线粒体评分增加(P<0.05);与对应的S组相比,Nor+I/R组和T2DM+I/R组大鼠线粒体评分增加,心梗面积增大(P<0.05);与Nor+I/R组相比,T2DM+I/R组线粒体评分增加,心肌梗死面积增大(P<0.05);而T2DM+I/R+NAC组和T2DM+I/R+VX-765组线粒体评分和心肌梗死面积均较对照组低(P<0.05)。(4)评估ROS和caspase-1含量:与Nor+S组大鼠相比,T2DM+S组大鼠心肌ROS和caspase-1产生增加(P<0.05),与对应的S组相比,Nor+I/R组和T2DM+I/R组大鼠心肌ROS和caspase-1产生增加(P<0.05),其中,T2DM+I/R组较Nor+I/R组多(P<0.05)。而T2DM+I/R+NAC组大鼠心肌ROS和caspase-1的产生较对照组均减少(P<0.05)。(5)NLRP3、pro-caspase-1、caspase-1 p10及GSDMD的表达:与正常大鼠相比,T2DM大鼠各蛋白表达增加(P<0.05);与对应的S组相比,Nor+I/R组和T2DM+I/R组大鼠蛋白表达量均增加(P<0.05);其中,T2DM+I/R组较Nor+I/R多(P<0.05);T2DM+I/R+NAC组蛋白表达较对照组少(P<0.05);而T2DM+I/R+VX-765组没有影响上游NLRP3和pro-caspase-1的表达,降低了caspase-1的活化,使caspase-1 p10和GSDMD表达减少(P<0.05)。(6)CK-MB、c Tn I、IL-1β和IL-18的释放:与对应的S组相比,Nor+I/R组和T2DM+I/R组释放均增加(P<0.05),其中,T2DM+I/R组较Nor+I/R组多(P<0.05)。而T2DM+I/R+NAC组和T2DM+I/R+VX-765组较对照组减少(P<0.05)。结论:(1)细胞焦亡在大鼠全心缺血/再灌注过程中被激活,并且在T2DM大鼠中更加明显,造成MI/RI也更加严重;(2)caspase-1依赖性细胞焦亡在T2DM大鼠CPB下全心缺血/再灌注中发挥了关键致炎致损伤作用;(3)细胞焦亡相关蛋白NLRP3、pro-caspase-1、caspase-1 p10及GSDMD高表达与再灌注期间氧化应激产生过量的ROS有关
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