Revista Portuguesa de Cardiologia (Mar 2023)
Curcumin interferes with sepsis-induced cardiomyocyte apoptosis via TLR1 inhibition
Abstract
Objective: Sepsis-induced cardiomyopathy is the leading cause of death in sepsis and is characterized by reversible myocardial depression. However, the specific mechanisms responsible for myocardial injury in sepsis are not known. The present study used bioinformatic analysis to explore the possible mechanisms of sepsis-induced myocardial injury and the therapeutic potential of curcumin. Methods: The GSE125042 microarray gene expression matrix was obtained from the Gene Expression Omnibus database, which includes 10 septic cardiomyocyte samples from cecum ligation perforation constructs and 10 sham-operated groups cardiomyocyte samples. Background correction and matrix data normalization were performed using the robust multiarray average algorithm. Differentially expressed genes (DEGs) screening was performed using the Limma R package expression matrix, and whole gene analysis was performed using the weighted gene co-expression network analysis R package to construct gene networks and identify modules. Enrichment analysis and gene set enrichment analysis was performed on the genes to be selected. Construct cellular and animal models of myocardial injury in sepsis were assessed and the effects of curcumin on a rat or cardiac myocytes were observed. Results: A total of 2876 DEGs were screened based on the GSE125042 chip, of which 1424 genes were upregulated and 1452 genes were down regulated. WGCNA analysis of the whole genes was also performed and a total of 20 gene modules were generated. Among them, the selected TLR1 gene was present in the most strongly correlated Brown module. Enrichment analysis of the upregulated DEGs with the Brown module showed that they were significantly enriched in biological processes related to ribosomal protein complex generation, cellular components related to phagocytic vesicles and molecular functions related to Toll-like receptor binding, affecting cardiomyocyte survival as a target for molecular intervention in septic cardiomyopathy. Animal experiments showed that curcumin reduced inflammation levels, improved cardiac function and increased survival in rats with septic myocardial injury. Cellular experiments showed that curcumin increased the survival rate of lipopolysaccharide-treated cardiomyocytes and down regulated TLR1 expression and inhibited NF-κB phosphorylation in cells in a dose-dependent manner. Molecular docking analysis revealed that curcumin interacted with TLR1 by hydrogen bonding and could be stably bound to inhibit the biological function of TLR1. Conclusion: Our study shows that curcumin attenuates myocardial injury in sepsis by inhibiting TLR1 expression, which provides a molecular theoretical basis for clinical treatment. Resumo: Objetivos: A miocardiopatia induzida por sepsis é a principal causa de morte por sepsis e é caracterizada por uma depressão reversível do miocárdio. No entanto, os mecanismos através dos quais a sepsis induz lesão do miocárdio não são conhecidos. O presente estudo utilizou uma análise bioinformática para identificar os possíveis mecanismos de lesão do miocárdio induzida por sepsis e avaliar o potencial terapêutico da curcumina. Métodos: O microarray de expressão génica GSE125042 foi obtida na base de dados Gene Expression Omnibus (GEO), que inclui 10 amostras de cardiomiócitos de animais com sepsis, induzida por perfuração e ligação do ceco (CLP), e 10 amostras de cardiomiócitos de animais controlo (Sham). A correção e a normalização dos dados da matriz foram realizadas recorrendo ao algoritmo robusto de média multiarray (RMA). A identificação dos genes diferencialmente expressos (DEGs) foi realizada usando a matriz de expressão Limma R e a análise de genes inteiros foi realizada através da análise ponderada de rede de coexpressão de genes (WGCNA) R para construir redes de genes e identificar módulos. A análise de enriquecimento e a análise de enriquecimento do conjunto genético (GSEA) foram realizadas nos genes a selecionar. Foi avaliado o efeito da curcumina na lesão miocárdica, em modelos celulares e animais de lesão sepsis. Resultados: Foram avaliados 2876 DEGs com base no chip GSE125042, dos quais 1424 genes estavam sobrerregulados e 1452 genes estavam subregulados. Foi também realizada uma análise WGCNA de todos os genes e foram gerados 20 módulos de genes. Entre eles, o gene selecionado TLR1 estava presente no módulo de Brown mais fortemente correlacionado. A análise de enrriquecimento dos DEGs sobrerregulados com o módulo Brown mostrou que estes foram significativamente enriquecidos em processos biológicos relacionados com a geração do complexo proteico ribossómico (BP), componentes celulares relacionados com vesículas fagocitárias (CC) e funções moleculares relacionadas os Toll-like receptors (MF), que podem constituir alvos moleculares envolvidos na sobrevivência dos cardiomiócitos na cardiomiopatia séptica. Experiências com animais mostraram que a curcumina reduziu os níveis de inflamação, melhorou a função cardíaca e aumentou a sobrevivência em ratos com lesão séptica do miocárdio. Experiências celulares mostraram que a curcumina aumentou a taxa de sobrevivência de cardiomiócitos tratados com LPS e a expressão de TLR1 desregulada e inibiu a fosforilação NF-κB nas células, de uma forma dependente da dose. A análise da acoplagem molecular revelou que a curcumina interagia com TLR1 através de ligação de hidrogénio, o que poderia inibir a função biológica de TLR1. Conclusão: O nosso estudo demonstrou que a curcumina atenua a lesão do miocárdio por sepsis ao inibir a expressão do TLR1, constituindo uma base teórica molecular para novas abordagens terapêuticas.
