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研究背景:镉(Cadmium)是一种重要的工业和环境污染物,它极易在体内蓄积,长期的积累会产生生物放大效应,从而对机体产生一系列损伤。心血管系统是镉暴露造成机体损伤的公认的主要靶器官之一。基础研究发现,镉可通过引起炎症反应和细胞死亡对心血管系统造成损伤,但是其内在机制目前尚未完全明确。目的:本研究旨在探讨镉是否能够诱导血管内皮细胞发生细胞焦亡,并进一步研究其内在作用机制。方法:将人脐静脉内皮细胞(HUVECs)暴露于不同浓度的镉中,建立镉暴露损伤模型。用CCK-8和LDH检测方法来评估镉引起的血管内皮细胞毒性;Western blot检测NLRP3(NLR family,pyrin domain containing 3)、pro-caspase-1(Pro-Casp1)、pro-IL-1β、caspase-1(Casp1)和IL-1β的蛋白表达水平;Casp1活性和SYTOX Green双标染色、PI/Hoechst双染色以及LDH检测来共同评估细胞焦亡情况;ROS和线粒体ROS(mtROS)检测试剂盒检测细胞内ROS水平和mt ROS水平。在上述镉暴露模型基础上,通过NLRP3 siRNA以及ROS和mt ROS特异性抑制剂NAC和Mito-TEMPO对细胞内相应的分子进行调控,以探讨NLRP3炎症小体、ROS和mtROS在镉诱导的血管内皮细胞焦亡中的作用。结果:镉可引起HUVECs细胞发生显著的炎症反应和细胞死亡,并呈现剂量依赖关系;镉暴露可引起血管内皮细胞发生细胞焦亡:与对照组相比,镉处理组HUVECs细胞中caspase-1表达、Casp1活性和SYTOX Green双阳性率、PI染色阳性率和LDH释放量均升高,而caspase-1抑制剂Z-YVAD-FMK预处理可抑制上述效应;进一步实验发现,镉暴露引起的HUVECs细胞焦亡是由NLRP3炎症小体活化介导的:与对照组相比,镉处理组HUVECs细胞caspase-1和IL-1β表达增加,并呈现剂量依赖效应,此外,加用NLRP3 siRNA干扰HUVECs细胞内NLRP3的表达及活性后,镉暴露引起的caspase-1和IL-1β表达以及上述细胞焦亡的指标均明显下降;镉暴露引起的HUVECs细胞中NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡是通过氧化应激调控的:与对照组相比,镉处理后HUVECs细胞内ROS和mtROS水平显著升高,并呈现剂量依赖效应,而ROS和mtROS特异性抑制剂NAC和Mito-TEMPO预处理可明显抑制镉暴露引起的HUVECs细胞内NLRP3炎症小体的活化和细胞焦亡。结论:镉通过诱导氧化应激,ROS和mt ROS产生增加,进一步活化血管内皮细胞内NLRP3炎症小体,从而发生NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡。本研究阐述了ROS-NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡在镉诱导的血管内皮损伤中具有重要作用,为进一步研究镉的细胞毒性和镉引起的血管内皮损伤机制提供理论依据。