Calpain介导HMGB1乙酰化促进病毒性心肌炎心肌凋亡的作用及机制研究

The diagnosis and treatment of viral myocarditis (VMC) is still lack of specific measures, and myocardial apoptosis is the important pathological changes in VMC. Our previous study showed that calpain (calcium dependent cysteine protease) can induce myocardial apoptosis in the mice with VMC; however, the detailed mechanism is not clear. HMGB1 (high mobility group protein B1) is closely related to cell apoptosis, and the acetylation of HMGB1 is the important form to exert its biological functions. Recently, we have found that calpain can raise HMGB1 expression and affect the acetylation of HMGB1. Therefore, we propose the hypothesis that calpain contribute to myocardial apoptosis through increasing HMGB1 acetylation. To explore the potential mechanisms, we will furtherly study the effects of subtypes of calpain on myocardial apoptosis after CVB3 infection in vivo and in vitro, and the mechanisms on calpain-regulated the acetylation of HMGB1. The study is expected to reveal the new mechanisms on calpain-induced myocardial apoptosis in VMC and provide the novel ideas for clinical diagnosis and treatment of VMC.

病毒性心肌炎诊断和治疗仍缺乏特异手段，心肌凋亡是其重要的病理改变。我们前期研究发现calpain (钙离子依赖性的半胱氨酸蛋白酶)可诱导VMC小鼠心肌凋亡，详细机制不清。HMGB1(高迁移率族蛋白B1)与细胞凋亡密切相关，而乙酰化修饰的HMGB1又是其发挥生物学功能的重要形式。新近我们发现calpain可上调HMGB1表达，并影响HMGB1的乙酰化修饰。为此我们提出假说：calpain可能通过诱导HMGB1乙酰化，促进心肌凋亡。为了弄清其作用机制，本项目拟在以往研究基础上，进一步在细胞、动物模型（calpain心肌特异性过表达小鼠及Balb/ C小鼠VMC模型）上研究柯萨奇B病毒感染后calpain不同亚型活性变化对心肌凋亡的作用，明确calpain特异性亚型对HMGB1乙酰化调控的分子机制，有望揭示calpain促进VMC心肌凋亡的新机制，为临床VMC诊治靶标的探寻提供新思路。

心肌细胞凋亡是病毒性心肌炎发生的重要病理改变。我们前期研究发现calpain（钙离子依赖性的半胱氨酸蛋白酶）可诱导VMC小鼠心肌凋亡，详细机制不清。本项目通过成功建立TG-CAST转基因小鼠病毒性心肌炎模型，在细胞和动物水平研究发现，小鼠脾脏组织中iNKT细胞/T细胞比例与心肌组织炎症细胞浸润面积和VP-1呈负相关，而在外周血单核细胞中iNKT细胞/T细胞比例与心肌组织炎症细胞浸润面积和VP-1正相关；病毒感染的过表达CAST小鼠心肌组织中，calpain活性及calpain-1、calpain-2表达明显受抑制；CVB3 RNA拷贝数及病毒包膜蛋白VP-1水平显著下降；同时心脏和脾脏中IFN-γ、IL-17表达也明显降低，证实了抑制calpain活性能显著减少CVB3感染诱导的心肌凋亡、病毒复制、心肌炎症反应及心肌纤维化水平。. HMGB1(高迁移率族蛋白B1)与细胞凋亡密切相关，我们的研究也发现，心肌细胞是病毒性心肌炎中HMGB1的重要来源；calpain可上调HMGB1表达，利用阻断HMGB1释放的抑制剂丙酮酸乙酯，可明显降低胞外HMGB1水平，同时心肌炎小鼠心脏中炎症浸润面积、病毒RNA及IFN-γ、IL-17等炎症因子水平明显减少，提示胞外HMGB1促进心肌炎小鼠心脏炎症。进一步的机制研究发现，CVB3感染能下调HDAC活性，促进HMGB1乙酰化修饰，继而引起心肌细胞主动释放HMGB1。揭示了HDAC介导的乙酰化修饰参与调控心肌细胞主动释放过程，而HMGB1乙酰化又参与了炎症细胞主动释放HMGB1的过程， HDAC活性变化却影响了HMGB1的释放。胞外环境的HMGB1能招募多种炎症细胞浸润受损区域，并引起炎症细胞合成和分泌多种细胞因子、趋化因子及粘附分子，导致心肌细胞的凋亡，加重心脏损伤；也能诱导巨噬细胞/树突状细胞成熟，促进CD4+T细胞分化和功能，上调局部炎症水平。HDAC是calpain调控HMGB1乙酰化修饰的关键分子。

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