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目的探讨在低氧性肺动脉高压(Hypoxic pulmonary arterial hypertension,HPH)病理模型中钙蛋白酶-1(calpain-1)和低氧诱导因子-1α(Hypoxia-inducible factor-1α,HIF-1α)之间的关系及其在该疾病的形成过程中的作用和机制。方法体内实验:将小鼠置于含10%O2的常压低氧仓中持续饲养4周制备低氧性肺动脉高压模型。32只雄性野生型C57BL/6小鼠随机分为4组(n=8):正常对照组;低氧模型组;低氧+YC-1组;低氧+BAY11-7082组。16只雄性calpain-1敲除(Capn1 EK684 FN-/-)小鼠随机分为2组(n=8):敲除对照组;敲除低氧组。4周后检测小鼠右心室收缩压(Right ventricular systolic pressure,RVSP)、右心肥厚指数(Right heart hypertrophy index,RVHI);苏木素-伊红染色法(Hematoxylin-eosin,HE)观察小鼠肺动脉病理变化;马松染色法(Masson)观察小鼠肺组织胶原纤维沉积面积;组织免疫荧光法(Immunofluorescence,IF)检测小鼠肺动脉α-SMA蛋白水平;免疫组化法(Immunohistochemistry,IHC)检测小鼠肺动脉Ki-67的蛋白表达情况;Western blot检测小鼠肺组织中calpain-1、HIF-1α、VEGF、PCNA、MMP2、CollagenⅠ、P65、P-P65蛋白表达情况;酶联免疫吸附法(Enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)检测小鼠血清中转化生长因子-β1(Transforming growth factor-β1,TGF-β1)含量。体外实验:将原代SD大鼠肺动脉平滑肌细胞(Pulmonary artery smooth muscle cells,PASMCs)分为5组:正常对照组;低氧模型组;低氧+MDL28170组;低氧+YC-1组;低氧+BAY11-7082组。IF检测各组PASMCs中calpain-1蛋白表达情况;CCK-8法检测各组PASMCs细胞增殖情况;Transwell实验检测各组PASMCs细胞迁移情况;Western blot检测各组PASMCs中calpain-1、HIF-1α、VEGF、PCNA、TGF-β1、MMP2、CollagenⅠ、P65、P-P65蛋白表达情况。结果体内实验:(1)低氧导致模型组小鼠肺组织中calpain-1蛋白表达水平显著升高;使小鼠RVSP、RVHI显著增加,肺动脉血管增厚,肺组织胶原纤维沉积面积增大,肺动脉α-SMA、Ki-67蛋白表达增加;calpain-1敲除后逆转了低氧条件下的上述病理改变(P<0.01)。(2)低氧条件下,小鼠肺组织中VEGF、PCNA、MMP2和CollagenⅠ的蛋白水平显著增加,血清中TGF-β1的含量显著增加;敲除calpain-1后显著下调了这些蛋白的表达水平(P<0.01)。(3)低氧条件下,小鼠肺组织中HIF-1α的蛋白水平显著增加;敲除calpain-1后HIF-1α的蛋白水平明显下降。此外,用YC-1抑制HIF-1α的蛋白表达之后,逆转了calpain-1对小鼠血流动力学、肺血管重构相关指标、VEGF、PCNA、TGF-β1、MMP2、CollagenⅠ蛋白水平的促进作用(P<0.01)。(4)低氧导致小鼠肺组织中P-P65的蛋白表达以calpain-1依赖的方式增加;用BAY11-7082抑制NF-κB的表达后显著减弱了calpain-1对HIF-1α蛋白表达的促进作用(P<0.01)。体外实验:(1)低氧导致PASMCs中的calpain-1蛋白表达明显增加,使PASMCs的细胞增殖和迁移能力显著增加;用MDL28170抑制calpain-1的蛋白表达之后显著抑制了PASMCs的增殖和迁移(P<0.01)。(2)低氧条件下,PASMCs中VEGF、PCNA、MMP2、CollagenⅠ和TGF-β1的蛋白水平显著增加;用MDL28170抑制calpain-1的蛋白表达之后明显下调了这些蛋白的表达水平(P<0.01)。(3)低氧使PASMCs中HIF-1α的蛋白水平显著增加;用MDL28170抑制calpain-1的蛋白表达之后HIF-1α的蛋白水平明显下降。此外,用YC-1抑制HIF-1α的蛋白表达之后,逆转了低氧条件下calpain-1对PASMCs细胞增殖和迁移、VEGF、PCNA、TGF-β1、MMP2、CollagenⅠ蛋白表达的促进作用(P<0.01)。(4)低氧导致PASMCs中P-P65的蛋白表达以calpain-1依赖的方式增加;用BAY11-7082抑制NF-κB的表达后显著减弱了calpain-1对HIF-1α蛋白表达的促进作用(P<0.01)。(5)用YC-1抑制HIF-1α的蛋白表达后抑制了低氧所致的calpain-1蛋白水平的上调,减弱了低氧时calpain-1对P-P65的促表达作用(P<0.01)。结论(1)低氧导致模型组小鼠肺组织中calpain-1蛋白表达水平显著上调,使小鼠的RVSP、RVHI、肺组织胶原纤维沉积面积和肺动脉血管壁厚度显著增加,使肺动脉血管中Ki-67、α-SMA蛋白表达增加,促进PASMCs的增殖和迁移,导致肺血管重构的形成。(2)其潜在的作用机制可能是:低氧条件下calpain-1通过激活NF-κB(P65)促进HIF-1α的蛋白表达,进而调控与细胞增殖和纤维化相关蛋白的表达,如:VEGF、PCNA、TGF-β1、MMP2、CollagenⅠ,且calpain-1、NF-κB和HIF-1α三者之间可能相互调控,最终导致HPH肺血管重构的形成。