内皮GCH1在腹主动脉瘤形成中的作用以及作为治疗靶目标的意义

Abstract: Abdominal aortic aneurysm (AAA) has a high morbidity and mortality in the elderly. Previously, the degradation of media elastic fibers in aortic intima and inflammation induced in smooth muscle layer was considered the main causes for AAA. The role of endothelium is unknown and however neglected. Our preliminary studies indicated that Angiotensin II (AngII) can induce AAA formation in hph1 mouse via endothelial nitric oxide synthase (eNOS) uncoupling.The hph1 mouse is a mouse model associated with GTP cyclohydrolase (GCH1) mutagenesis which leads to tetrahydrobiopterin (BH4) deficiency and eNOS uncoupling.Moreover, another group also demonstrated that endothelial Angiotensin II receptor mediated the AAA formation. Therefore, the role of endothelium,especially eNOS uncoupling in AAA formation need to be re-evaluated. In this study, an in vitro mechanical stress device and two different AAA models developed from conditional endothelial specific GCH1 knockout mice are used to examine the role of endothelial specific GCH1 in AAA formation and the interaction between GCH1 knockout，eNOS uncoupling and other pathological factors in AAA development are also investigated. The GCH1 silencing is retrieved to assess its therapeutic effect on AAA incident and other causal factors. For the first time we are able to illustrate the critical role of endothelial GCH1 knockout and the consequent eNOS uncoupling in the pathogenesis of AAA and a novel treatment target for intervention is proposed.

腹主动脉瘤在老年人中发病率高、死亡率高。一直以来认为平滑肌层诱导的炎症反应和动脉内膜中层弹性纤维的降解是腹主动脉瘤形成主因，而内皮的作用不明并被长期忽视。我们前期的研究显示血管紧张素II（AngII）能诱导hph1老鼠内皮一氧化氮合成酶（eNOS）解耦联而导致腹主动脉瘤。hph1老鼠有三磷酸鸟苷环水解酶（GCH1）变异导致的四氢生物蝶呤（BH4）合成缺陷，而BH4是eNOS的辅酶，其缺乏可致eNOS解耦联。同时，其他组也证实内皮细胞上血管紧张素II受体介导了动脉瘤的形成。因此内皮特别是GCH1在动脉瘤形成中的作用需要重新认识。本课题利用体外机械力装置和内皮特异性GCH1基因敲除鼠建立两种不同的动脉瘤模型探讨内皮GCH1与动脉瘤其他致病因素的相互关系，继续阐明内皮以及GCH1缺陷所致的eNOS解耦联在腹主动脉瘤形成中的作用，为腹主动脉瘤的辅助性内科治疗提供理论基础和新思路。

过去认为动脉瘤是动脉肌层的疾病，但是腹主动脉瘤与老龄化、动脉粥样硬化密切相关，近来动物模型和流行病学研究也发现内皮细胞功能紊乱在腹主动脉瘤形成和发病中起到重要作用。我们利用传统的血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）和胡索酸-3-氨基丙腈（BAPN）联合诱导小鼠建立腹主动脉瘤（AAA）模型，发现尽管胡索酸-3-氨基丙腈（BAPN）降解平滑肌弹性纤维，其与AngII联合导致AAA的主要作用机制在动脉肌层，但是同时也伴有内皮细胞功能紊乱，对内皮细胞功能紊乱的干预对AAA的发生和发展也有一定的缓解作用，特别是对四氢生物蝶呤水平（H4B）以及其生物合成关键酶（GCH11， DHFR）的干预是保护内皮细胞功能以及动脉瘤和糖尿病心血管并发症的靶点。当然，H4B在AAA发病中的作用，我们还需要更为有力的证据，特别是条件性基因敲除鼠（定点敲除内皮细胞特异的GCH1）的证据。我们前期设计的GCH1条件基因敲除鼠仅仅在两年时间内已经制备完成，目前正在与内皮特异性cre鼠杂交，一旦成功，就可以进一步验证内皮GCH1基因敲除鼠所导致的内皮细胞H4B缺乏和功能紊乱在动脉瘤以及其他一系列疾病（糖尿病心血管并发症）中的作用，从而为疾病的治疗靶点提供理论依据。内皮或者组织的H4B缺乏是内皮细胞功能紊乱的病因，但是对高危人群很难进行组织或者内皮的活检，Cai等人发现动物血清的H4B和组织的H4B具有很好的相关性，因此可以使用血清H4B作为高危人群的筛查标志物。但是过往H4B的HPLC检测方法无法精确检测H4B及其衍生物，同时由于标本的降解，试验稳定性和可靠性均不佳。我们建立了HPLC-MS对人体组织和血清H4B的检测方法，更为精确、可靠和稳定，可以广泛应用于临床对高危人群进行有效筛查。