Hedgehog通路在血液湍流促内皮功能紊乱中的机制研究

Activation of Hedgehog signaling pathway is depended on primary cilia, while athero-prone region exhibiting oscillatory shear stress (OSS) is rich in primary cilia. Our preliminary data shows that Hedgehog signaling pathway in endothelial cells is responsive to OSS. Hence, the guiding hypothesis is that OSS-regulated endothelial dysfunctions are mediated by Hedgehog. To test our hypothesis, three specific aims are proposed: (1) to study the molecular mechanism by which primary cilia regulates the OSS-activated Hedgehog pathway in vitro; (2) to examine the role of endothelial Hedgehog pathway on OSS-promoted endothelial dysfunctions, such as proliferation and apoptosis; (3) to elucidate the involvement of Hedgehog in these two above mentioned processes ; (4) to validate the participation of Hedgehog in atherosclerosis model of ApoE-/- mouse. Results from this study will establish a framework to understand the mechano-molecular basis of shear stress-related disease, such as atherosclerosis.

Hedgehog信号通路的激活依赖于初级纤毛，且初级纤毛多分布于动脉粥样硬化易发的湍流区域。预实验结果表明，该通路是血流剪应力的应答通路。因此我们推测：Hedgehog通路可能介导湍流引起的内皮细胞功能紊乱。本研究拟（1）利用离体的湍流剪应力模型，探讨内皮初级纤毛在该通路激活中的重要作用和分子机制；（2）采用流式细胞仪技术分析该通路是否具备介导内皮细胞功能紊乱的特性，包括增殖和凋亡；(3)阐明该通路促内皮细胞功能紊乱的分子机制；（4）在与血流剪应力相关的ApoE-/-小鼠动脉粥样硬化模型中，检测该通路成员的表达情况以及其对病变的影响。本研究将为血流剪应力相关疾病的发生和发展，如动脉粥样硬化等，提供新的理论基础和研究方向。

肥胖是威胁全人类健康的世界问题，且为多种疾病的病理学基础，包括：动脉粥样硬化、二型糖尿病、高血压、动脉瘤、脑中风和多种癌症。不当饮食导致脂肪酸代谢紊乱和异样沉积，诱导白色脂肪组织中炎性细胞浸润，最终引起全身性胰岛素抵抗和动脉粥样硬化。我们的研究从以下几方面着手，希望为肥胖极其并发症（动脉粥样硬化、胰岛素抵抗等）寻找到新的药物靶点并提供相应的实验论据。我们发现：.1. Hedgehog（Hh）信号通路的激活依赖于初级纤毛，且初级纤毛多分布于动脉粥样硬化易发的湍流区域。Shh表达在湍流作用下的内皮细胞中。与降主动脉相比，其表达在主动脉弓处更加丰富。另外，该通路是血流剪应力（湍流）的应答通路。本研究证明了Shh通路可以介导血流剪应力相关疾病的发生和发展。为动脉粥样硬化等代谢性心血管疾病的治疗，提供了新的理论基础和研究方向。.2. Shh特异性表达于肥胖小鼠的皮下脂肪，激活Smo/ERK依赖的非经典信号通路。随后，通过以下两种方式，作用于PPARγ，导致脂肪细胞胰岛素信号受损。a. 诱导PPARγ上112位丝氨酸磷酸化，降低PPARγ活性。b. 增加PPARγ与E3连接酶NEDD4-1的结合，泛素化降解PPARγ。此外，给予肥胖小鼠Shh通路抑制剂vismodegib，可以通过ERK／PPARγ轴改善高脂诱导的胰岛素抵抗。本研究第一次证明，vismodegib可以改善高脂诱导的胰岛素抵抗，为靶向Shh通路治疗代谢综合征提供了新的实验证据。.3. 有研究报道称，脂肪组织中PPARγ诱导的M2型巨噬细胞极化可改善小鼠胰岛素抵抗，而其中的分子机制并不清楚。我们发现，PPARγ直接靶向转录小鼠及人的整合素αV和β5，并促进其形成异源二聚体，激活下游信号通路，最终引起巨噬细胞M2型极化。本研究第一次证明整合素家族成员参与巨噬细胞M2型极化，为治疗2型糖尿病提供了新的思路。. 项目资助期间，课题组共发表SCI论文3篇，并培养了2名博士研究生和5名硕士研究生，及1名博士后出站和2名青年教师。课题组顺利完成了所有预定的研究计划。