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研究背景:病毒性心肌炎是由病毒感染导致的心肌弥漫性或局灶性炎症病变。它是年轻人心源性猝死的重要原因之一,也是继发性扩张型心肌病的最常见病因,但目前临床上仍缺乏有效的特异性治疗措施。心肌细胞的凋亡、坏死和心脏中的炎症反应是病毒性心肌炎的主要病理特点。组织蛋白酶B(CatB)是一种广泛表达且主要位于溶酶体和晚期内体的半胱氨酸蛋白水解酶,可通过参与细胞凋亡、细胞外基质降解、抗原呈递、炎症反应、细胞自噬等多种病理生理过程从而参与多种疾病的发生和发展。然而,其在病毒性心肌炎中的作用尚无研究。因此,本研究旨在探索CatB在柯萨奇病毒B组3型(CVB3)诱导的小鼠病毒性心肌炎中的作用及相关机制。研究方法:本研究采用4周龄雄性CatB基因全敲(Ctsb-/-)小鼠、其内源性抑制剂胱抑素C(cystatin C)基因全敲(Cstc-/-)小鼠和野生型C57BL/6小鼠,通过腹腔注射1000半数组织培养感染剂量(TCID50)的CVB3构建小鼠病毒性心肌炎模型,应用心脏超声检查评价小鼠心功能后,收集其血清和心脏组织标本。通过苏木素-伊红染色、组织病理学评分、心脏超声、酶联免疫吸附试验(ELISA)等方法,观察CatB敲除和cystatinC敲除对小鼠病毒性心肌炎生存率和疾病严重程度的影响;并进一步应用western blot蛋白印迹、酶活性测定、ELISA、原位末端转移酶标记技术(TUNEL)、病毒滴度测定等方法,探究CatB影响病毒性心肌炎的可能机制。研究结果:在感染CVB3后第7天和第28天,模型组小鼠心肌中活化型CatB的蛋白水平以及CatB的酶活性相比于对照组均明显升高。在未感染病毒的情况下,CatB及其内源性抑制剂cystatin C的缺失均不影响小鼠短期内的存活率、心脏结构和功能。但在腹腔接种等量CVB3的条件下,与野生型小鼠相比,Ctsb-/-小鼠的存活率、心肌组织炎症浸润、炎症病理评分、血清肌钙蛋白水平、心功能均明显改善,而Cstc-/-小鼠的这些指标均进一步恶化。进一步研究发现,野生型小鼠感染病毒后,心肌组织中炎症小体被激活,细胞焦亡加重,表现为含pyrin结构域的NOD样受体家族3(NLRP3)、含半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶激活和募集结构域的凋亡相关斑点样蛋白(ASC)、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶caspase-1 p20片段表达增高、caspase-1酶活性增强、血清白介素-1β水平增高以及心肌组织TUNEL染色阳性细胞比例增加,而CatB的敲除抑制了心肌炎小鼠心肌中NLRP3炎症小体的激活和细胞焦亡,相反,cystatin C的敲除则进一步增强了该现象。但三种不同基因型小鼠感染CVB3后第7天和第28天,其心肌组织中的病毒滴度均无显著性差异。结论:在CVB3诱导的小鼠病毒性心肌炎模型中,心肌组织CatB被激活。CatB的激活会加重病毒性心肌炎,且这一作用不依赖于对病毒复制的影响,而调控NLRP3炎症小体的激活和促进细胞焦亡的发生可能是其作用机制之一。这为病毒性心肌炎提供了一个新的潜在治疗靶点,有望改善心肌炎的预后。