血红素氧合酶-1调控Notch信号通路促进缺血再灌注损伤肝脏血管再生机制

Heme oxygenase-1 (HO-1), as one of the most importantly protective factors of maintaining cell and tissue homeostasis, has obvious protective effect for liver ischemia-reperfusion(I/R). Our previous study has found that HO-1 can promote hepatic microvascular regeneration and activation of endothelial progenitor cells (EPCs) in rat liver after ischemia-reperfusion injury, and Notch-related signal genes are up-regulated. The results suggest that Notch signaling plays an important role in HO-1 liver protection. Therefore, we hypothesized that HO-1 may activate endothelial progenitor cells by regulating Notch signaling pathway, and promote hepatic vascular repair and regeneration in liver ischemia-reperfusion injury. In this study, we will prepare to clarify the effects of HO-1 on the biological characteristics of hepatic microvascular endothelial cells after hypoxia and the relationship with Notch signaling from molecular, cellular, tissue and animal levels, with HO-1 knockout mice. We will investigate the effects of HO-1 on vascular repair and regeneration in hepatic ischemic necrosis, and determine the regulation of HO-1 on Notch angiogenic signal transduction pathway target genes. We will reveal the mechanism of HO-1 promoting hepatic vascular regeneration during hepatic ischemia-reperfusion injury, and explore a feasible new approach for clinical prevention and treatment of liver I/R injury.

血红素氧合酶-1（HO-1）作为在应激状态下维持细胞和组织稳态最重要的保护因子之一，对肝脏缺血再灌注（I/R）损伤有明显的保护效应。我们的前期研究中发现大鼠肝脏缺血再灌注损伤后HO-1能促进肝脏微血管再生和内皮祖细胞（EPCs）功能活化，并伴随Notch信号相关基因上调。结果提示Notch信号在HO-1肝保护效应中起重要作用。据此我们推测：HO-1可能通过调控Notch信号通路活化内皮祖细胞，进而促进缺血再灌注损伤肝脏血管修复与再生。本课题拟借助HO-1基因敲除小鼠，从分子、细胞、组织以及动物水平等多层次明确HO-1对肝脏微血管内皮细胞缺氧后生物特性的影响及与Notch信号的关系，探讨HO-1对肝脏缺血坏死区血管修复与再生的影响，确定HO-1对Notch血管再生信号转导通路靶基因的调控，揭示肝脏缺血再灌注损伤过程中HO-1促进肝脏血管再生的机制，为肝脏I/R损伤临床防治探索可行的新途径。

肝脏缺血再灌注损伤（IRI）是肝脏外科疾病中常见的病理生理过程，在休克的复苏、严重的肝外伤、肝门阻断的肝切除以及肝移植等过程中肝脏均不可避免地受到缺血再灌注损伤，而它造成的组织损伤是影响上述疾病或手术治疗效果的重要原因之一，目前尚无有效的预防措施。明确IRI后肝脏再生修复机制，对探索促进患者术后肝功能恢复有重要意义。肝IRI后会出现完全再生修复和纤维化修复两种方式，过度的纤维化修复可导致肝脏功能恢复障碍，甚至出现急慢性肝衰竭。肝窦内皮细胞（LSECs）在肝损伤中介导了重要的组织修复功能，但LSECs自身损伤不仅可导致肝脏微循环和肝细胞增殖障碍，还可促进引起肝星状细胞活化，进而产生肝纤维化。我们前期研究证明了上调血红素氧合酶-1（HO-1）表达能降低肝IRI后肝组织出现的急性炎症反应和减轻氧化应激损伤。然而，目前的研究尚未明确HO-1对LSECs在IRI后细胞生物学功能变化以及对损伤肝脏修复再生的影响。本项目成功建立了LSECs缺氧缺糖/复氧复糖（H-R）损伤体外研究模型和建立小鼠肝脏IRI体内研究模型，研究结果表明，LSECs 在IRI损伤后细胞发生严重的炎症反应，细胞凋亡增加且增殖能力减弱，出现明显的去分化表型，即由促再生表型转变为促纤维化表型，导致肝脏IRI后出现肝窦破坏严重，LSECs增殖活力下降，出现明显的肝窦毛细血管化，引起肝纤维化和肝细胞增殖障碍；通过体内外诱导以及体内沉默HO-1基因表达，表明了HO-1能够通过激活CXCR7-Id1信号通路减轻LSECs IRI损伤和维持促肝再生表型，进而促进肝脏IRI后早期肝窦重建和肝细胞增殖，并抑制了肝窦毛细血管化和肝纤维化的产生，改善了肝脏IRI后肝功能恢复。我们的研究聚焦于HO-1对LSECs在肝脏IRI后产生的细胞生物学变化，以及对肝脏缺血坏死区肝窦重建和再生作用，阐明了HO-1促进损伤肝脏修复再生作用的细胞和分子机制，为肝脏IRI临床防治提供了新的思路和方法，可推动临床进行HO-1基因特异性转染内皮细胞防治肝脏IRI的发展，达到精准医学的目的。