心肌肥厚是心脏在面对压力超负荷（Pressure Overload, PO）时的一种适应性代偿机制，通常由高血压或瓣膜性心脏病等病理状态引起。然而，长期心肌肥厚会导致心肌重构和心肌细胞丧失，最终引发心力衰竭。现有研究表明，钙蛋白酶（Calpain）在心肌病理变化中扮演了重要角色。这类半胱氨酸蛋白酶通过降解细胞骨架蛋白和诱导细胞死亡，与心肌收缩功能障碍密切相关。
本文利用右心室压力超负荷（RVPO）猫模型，评估了钙蛋白酶抑制剂Calpeptin对心肌细胞保护的作用。研究聚焦于Calpeptin是否能够通过抑制钙蛋白酶活化，减少心肌细胞凋亡，保护心肌结构，并缓解PO诱导的心肌损伤。
方法
- 实验模型
- 动物模型：选用成年健康猫（体重2.8–3.5 kg），通过部分阻塞肺动脉建立右心室压力超负荷模型。通过测量右心室收缩压（RVSP）验证压力超负荷的成功诱导。
- 对照设计：左心室作为同体对照，另设未经压力超负荷处理的假手术组。
- 药物干预
- Calpeptin以0.6 mg/kg剂量，通过静脉注射给药两次，分别在压力超负荷诱导前15分钟和术后6小时注射。
- 为对比研究，另一组实验中使用Caspase-3抑制剂Z-VD-fmk（20 mg/kg）。
- 评估指标
- 钙蛋白酶活性：通过组织裂解液的荧光分析测量钙蛋白酶活性。
- 心肌细胞凋亡：使用TUNEL染色检测DNA片段化，同时通过Western blot分析磷酸化Histone H2B水平。
- 细胞骨架蛋白变化：检测Gelsolin（细胞骨架调控蛋白）的裂解情况及其在心肌细胞中的定位。
- 钙蛋白酶内源性抑制剂：检测Calpastatin水平的变化。
主要发现
- 钙蛋白酶活化与Calpastatin减少
- RVPO诱导的早期心肌肥厚（24小时和48小时）显著增加了钙蛋白酶活性，同时伴随Calpastatin水平的显著下降。
- Calpeptin治疗完全阻止了上述变化，表明其对钙蛋白酶活化具有强效抑制作用。
- 心肌细胞凋亡的减少
- RVPO组心肌中观察到TUNEL阳性细胞比例显著升高（约0.8%），并伴随磷酸化Histone H2B水平升高，提示存在程序性细胞死亡。
- Calpeptin治疗有效减少了TUNEL阳性细胞，恢复了正常的磷酸化Histone H2B水平，显示其在保护心肌细胞方面的潜力。
- 细胞骨架蛋白保护
- RVPO诱导Gelsolin从可溶性组分向细胞骨架组分的重定位，并伴随其裂解（产生65 kDa裂解产物），表明细胞骨架受损。
- Calpeptin显著阻止了Gelsolin的重定位和裂解，保护了心肌细胞的结构完整性。
- 与Caspase抑制剂的比较
- 虽然Caspase-3抑制剂Z-VD-fmk能够有效抑制Caspase-3的活化，但对钙蛋白酶活性、心肌细胞凋亡以及细胞骨架蛋白裂解无显著影响。
- 这一结果表明，Calpeptin的保护作用主要通过抑制钙蛋白酶实现，而非依赖于Caspase途径。
讨论
- 钙蛋白酶在心肌损伤中的作用
- 钙蛋白酶在PO诱导的心肌重构和心肌细胞丢失中起关键作用，其活化引发细胞骨架蛋白的裂解和程序性细胞死亡。
- Calpastatin水平的降低进一步加剧了钙蛋白酶的活性，形成正反馈循环，导致心肌损伤的恶化。
- Calpeptin的保护机制
- Calpeptin通过阻断钙蛋白酶活化，保护了心肌细胞结构完整性，显著减少了心肌细胞丧失。
- 相较于Caspase抑制剂，Calpeptin的作用机制更具广泛性，不仅抑制了钙蛋白酶，还间接抑制了Caspase-3的活化。
- 临床启示
- 本研究结果支持钙蛋白酶作为治疗心肌肥厚和心力衰竭的潜在靶点。
- Calpeptin或其他钙蛋白酶抑制剂可望用于开发针对心肌病理重构的创新疗法。
结论
通过抑制钙蛋白酶活化，Calpeptin有效减缓了RVPO诱导的心肌细胞凋亡和细胞骨架蛋白裂解，保护了心肌结构和功能。本研究为钙蛋白酶在心肌肥厚治疗中的潜在作用提供了重要依据，并支持进一步研究其在临床中的应用潜力。
参考文献：
In vivo administration of calpeptin attenuates calpain activation and cardiomyocyte loss in pressure-overloaded feline myocardium