sGC/cGMP信号通路及蛋白巯基硫化作用在SO2调控血管平滑肌细胞KATP通道中的作用及机制研究

Epidemiological studies have shown that SO2 can cause cardiovascular diseases. Our previous studies found that the main reason that SO2 induced cardiovascular diseases might due to a significant vasodilator effect on blood vessel. Its mechanisms was closely related to the ATP sensitive K+ (KATP) channel. However, how does SO2 regulate KATP channel? It's not clear yet. We assume that, on one hand, SO2 indirectly regulates the KATP channel by modulating the sGC/cGMP signaling pathway, on the other hand, SO2 directly regulates the KATP channel through changing the protein structure of channel by S-sulfhydration. Therefore, on the basis of previous studies on the whole animals and isolated aortas, human vascular smooth muscle cells are treated by SO2 and the role of sGC/cGMP signaling pathway and protein S-sulfhydration in the regulatory effect of SO2 on the KATP channels and its mechanism are investigated by using CRISPR/Cas9 gene knockout, gene overexpression, gene site-directed mutagenesis, biotin switch assay, patch clamp, Western Blot, and so on. This study will reveal the mechanism of SO2 on the cardiovascular system and provide a new way for the prevention of SO2 pollution-induced cardiovascular diseases. In a word, this study has an important scientific significance and application prospects.

流行病学研究表明，SO2能诱发心血管疾病。我们前期的研究发现SO2诱发心血管疾病的主要原因可能是其对血管有明显的舒张作用，其作用机制与ATP敏感的钾离子（KATP）通道密切相关。然而，SO2是如何调控KATP通道的呢？目前还不清楚。我们设想，一方面SO2通过调节sGC/cGMP信号通路而间接调控KATP通道；另一方面SO2通过蛋白巯基硫化作用使通道蛋白结构发生改变而直接调控KATP通道。为此，本课题在前期整体动物和离体血管研究的基础上，拟用SO2处理人血管平滑肌细胞，分别采用CRISPR/Cas9基因敲除、基因过表达、基因定点突变、生物素交换法、膜片钳、Western Blot等技术，研究sGC/cGMP信号通路及蛋白巯基硫化作用在SO2调控KATP通道中的作用及机制，揭示SO2对心血管系统影响的作用机制，为预防SO2污染对心血管疾病的诱发提供新途径，因此本研究有重要的科学意义和应用前景。

流行病学研究表明，二氧化硫（SO2）与心血管疾病的发生密切相关。但对其作用机制的研究还不足，我们前期的研究表明，SO2诱发心血管疾病的主要原因是其对血管有明显的舒张效应，其作用机制与ATP敏感的钾离子（KATP）通道密切相关。然而，关于SO2是如何调控KATP通道目前的研究还不清楚。本研究在我们实验室前期研究的基础上，使用SO2处理血管平滑肌细胞，利用生物素交换技术和基因敲除等技术进行研究。课题组成员严格按照项目申请书中的研究计划开展实验，圆满完成了该项目的所有研究任务，并取得了可喜的科研成果。. 首先本课题采用SO2处理血管平滑肌细胞，研究sGC/cGMP信号通路及蛋白巯基硫化作用在SO2调控KATP通道中的作用及机制。研究发现SO2可使血管平滑肌细胞中sGC/cGMP信号通路中关键基因sGC、PKG、PDE等基因mRNA和蛋白表达增加。随后在敲除了关键基因PKG基因后，细胞中SUR2B和Kir6.1的mRNA和蛋白表达量下降。另外，利用生物素交换技术研究发现，SO2会增加KATP通道亚基蛋白SUR2B和kir6.1的巯基化水平。因此，研究结果说明SO2既可以间接通过改变sGC/cGMP通路基因的表达影响血管平滑肌细胞KATP通道，也可以直接通过对通道亚蛋白的巯基化水平来改变通道基因的表达，从而引起血管舒张效应。除此之外，我们的研究增加了SO2对血管平滑肌细胞miRNA表达的影响作用。通过双荧光素酶报告基因的实验手段，验证了hsa-miR-10b-3p与PPP3CC之间的靶向关系。为丰富心血管疾病相关的miRNA及其靶基因库，以及研究SO2诱发心血管疾病的发病机制提供了基础。本研究将对于SO2等大气污染物诱发的心血管疾病的早期诊断、发病机制、潜在靶点与创新药物研发具有积极的意义，为预防大气污染物对心血管疾病的诱发提供新的途径和理论依据。