SERCA2的5-羟色胺化在低氧性肺动脉高压肺静脉重塑中的作用及其机制

Pulmonary vein remodeling is the principal pathological manifestation of hypoxic pulmonary arterial hypertension (HPAH) besides pulmonary artery remodeling. After post-translational modification of sarco endoplasmic reticulum calcium adenosine triphosphatase 2 (SERCA2) induced by inhibiting activation, it triggers calcium influx via transient receptor potential cation (TRPC) channels, and serotonylation is a new post-translational modification. We previously found that TRPC6 plays an important role in pulmonary vein remodeling and hypoxia increases the serotonylation of SERCA2. We will establish TG2 (the key regulatory protein of serotonylation), TRPC6 silencing, and an over-expression model of rat pulmonary vein smooth muscle cell (PVSMC). Then, we will study the effect of serotonylation on SERCA2 activity, and the effect of changes in SERCA2 activity and the mechanism on biological behaviors of PVSMC. Next, we plan to investigate the influence of SERCA2 serotonylation on pulmonary vein remodeling via TG2 knockout mouse models of HPAH. Our study will demonstrate the hypothesis that hypoxia activates calcium influx mediated by TRPC6 channel via SERCA2 serotonylation, promotes the proliferation and migration of PVSMC, and leads to pulmonary vein remodeling from aspects of molecular, cell, tissue, and animal models, so as to provide new insights for the prevention and treatment of HPAH.

除肺动脉外，肺静脉重塑也是低氧性肺动脉高压（HPAH）突出的病理表现。肌内质网钙三磷酸腺苷酶2（SERCA2）翻译后修饰所致的活性抑制可激活瞬间受体电位阳离子（TRPC）通道，促发外钙内流；而5-羟色胺（5-HT）化是新的翻译后修饰方式。我们前期发现TRPC6在肺静脉重塑中起重要作用；低氧上调SERCA2的5-HT化水平。我们采用大鼠肺静脉平滑肌细胞（PVSMC），建立5-HT化调控蛋白TG2以及TRPC6沉默和过表达模型，研究5-HT化对SERCA2活性的影响，并探讨SERCA2活性改变对细胞生物学行为的影响及机制；建立TG2敲除小鼠的HPAH模型，研究SERCA2的5-HT化在肺静脉重塑中的作用。从而在分子、细胞、组织和整体水平上论证“SERCA2的5-HT化抑制其活性，激活TRPC6介导的外钙内流，促进PVSMC增殖和迁移，导致HPAH肺静脉重塑”的假说，为HPAH的防治提供新思路。

低氧性肺动脉高压（HPAH）的机体处于长期持续的低氧状态，除肺动脉外，肺静脉重塑也应是HPAH突出的特征性病理改变，探究肺静脉重塑有助于更加全面地理解HPAH的发病机制。肺静脉重塑的病理基础是肺静脉平滑肌细胞（PVSMC）的异常增殖和迁移，而细胞内持续的游离钙离子浓度增加和静息膜电位的降低在其中起着至关重要的作用。蛋白质的5-羟色胺（5-HT）化是一种新的蛋白质翻译后修饰（PTM）方式，是5-HT发挥胞内生物学作用的主要方式之一。在HPAH 的发生和发展过程中，5-HT是被公认的必不可少的血管活性物质之一， 5-HT在钙离子的参与下，经转谷酰胺酶2（TG2）催化与底物蛋白共价修饰，我们前期通过蛋白质谱分析发现5-HT的另一底物蛋白肌内质网钙三磷酸腺苷酶2（SERCA2）。因此，SERCA2的5-HT化可能在HPAH中发挥着重要作用。.本研究将围绕以下内容开展：（1）研究慢性低氧时 SERCA2 的 5-HT 化水平及其活性的变化，同时探讨5-HT 化对SERCA2 活性及其经典激活机制的影响；（2）研究 SERCA2 活性改变对人 PVSMC 细胞生物学行为的影响；（3）探讨TRPC6 通道介导的 SOCE调控钙离子内流的机制；（4）建立 5-HT 化关键调控蛋白TG2 敲除（Tgm2-/-）的小鼠 HPAH 模型，从整体水平探讨 5-HT 化在 HPAH 肺静脉重塑中的作用。.本课题对TG2介导的SERCA2的5-羟色胺化调控肺静脉重塑的作用及机制进行了研究。本课题创新点在于发现了： 1）低氧可增强hPVSMC TG2的表达和活性；2）低氧可激活经典瞬间受体电位阳离子（TRPC6）通道6，而非TRPC1，介导钙库操纵性钙离子内流（SOCE）促进细胞外钙内流；3）SERCA2的5-羟色胺化，抑制SERCA2的活性，低氧可促进SERCA2的5-羟色胺化，进一步激活TRPC6介导的SOCE，引起钙离子内流，受TG2关键酶调控；4）平滑肌细胞TG2基因敲除小鼠逆转了慢性低氧所致的小鼠肺血管重塑。.尽管近年来随着靶向药物的上市，诊疗水平的提高，PAH患者的生存率显著改善，但仍不能治愈，5年生存率仅为60%，同时靶向药物昂贵，长期预后不理想。本研究从SERCA2 的 5-HT 化这一崭新的视角揭示 HPAH 肺静脉重塑的分子及离子通道机制，为 HPAH 的防治提供新的实验依据