Piezo1通道在动脉粥样硬化进程中的作用及其机制研究

Atherosclerotic plaques are a major factor behind heart attacks and strokes and so better knowledge of the molecular mechanisms should enable improved strategies to address cardiovascular morbidity. A key feature of atherosclerotic plaques is their occurrence mainly at sites of disturbed shear stress. We made a discovery of major relevance to this situation that the Piezo1 membrane protein confers critical mechanical sensitivity on the endothelium and vascular endothelial cells play key roles in atherosclerosis. The project will use our newly-generated Piezo1 gene-modified mice， in combination with calcium imaging, patch-clamp and molecular and cellular transduction pathway analysis in endothelial cells to delineate the functions of Piezo1 ion channel in this pathological processes. We will address the role of Piezo1 in different types of shear stress, stretch, and elevated membrane cholesterol and the relevance of Piezo1 to vascular inflammation. We will investigate functions of Piezo1 in plaque structure. The work will establish new molecular principles about mechanical sensitivity in cardiovascular disease and is highly valable in prevention and treatment of atherosclerosis theoretically and in practice.

动脉粥样硬化斑块是导致心脏病发作和中风的主要因素，因此进一步地了解和认识其发病的分子机制是改善和治疗心血管疾病的重要策略。斑块形成的关键特征是它们多出现在血管扰动剪应力的部位。我们最新的研究表明机械敏感性离子通道Piezo1是感应血流对血管壁的剪切应力的膜蛋白，而血管内皮细胞的机械敏感性在动脉粥样硬化中起着至关重要的作用。该项目将使用我们新构建的Piezo1基因修饰小鼠并结合体外内皮细胞的培养，综合利用细胞内钙离子成像、膜片钳、分子和细胞生物学技术探讨Piezo1在动脉粥样硬化斑块形成中的作用及其信号转导通路，以阐明其影响的病理机制。我们将观察Piezo1在不同类型的剪切应力、牵张应力和升高的膜胆固醇中的作用；Piezo1与血管炎症的相关性以及Piezo1在斑块形成中的作用。这项工作将奠定心血管疾病机械敏感性的新的治疗原则，对于动脉粥样硬化的防治具有及其重要的理论和应用价值。

动脉粥样硬化是心血管疾病中重要的病理过程。本研究通过构建的巨噬细胞Piezo1特异性敲除小鼠，在动物整体水平发现了巨噬细胞Piezo1/MAPK/YAP介导了动脉粥样硬化的形成，调控Piezo1/MAPK/YAP可以减少炎症反应，延缓动脉粥样硬化斑块的形成。巨噬细胞Piezo1缺失起到稳定斑块的作用，减少斑块内巨噬细胞的浸润及IL6、 IL1-β及TNF-α等炎症因子的表达水平。进一步机制研究表明，巨噬细胞Piezo1通过调控YAP的核转移以及MAPK级联蛋白的活化介导动脉粥样硬化形成。在细胞水平，证明了OxLDL刺激BMDMs可诱导泡沫细胞的形成，这是动脉粥样硬化形成的关键环节，而巨噬细胞Piezo1的缺失可以减少OxLDL诱导的泡沫细胞形成，从而抑制动脉粥样硬化的形成。巨噬细胞Piezo1的缺失可以减少OxLDL诱导的泡沫细胞炎症因子IL6、IL1-β及TNF-α蛋白及mRNA水平的表达。同时，Piezo1缺失使YAP蛋白向细胞核内转移减少，磷酸化YAP蛋白表达降低，YAP下游靶基因CTGF和CYR61 mRAN表达降低，表明巨噬细胞Piezo1的缺失抑制YAP活化。进一步对其下游信号通路研究发现，巨噬细胞Piezo1缺失组磷酸化的P38、ERK、JNK蛋白表达明显降低，提示了巨噬细胞Piezo1缺失抑制了OxLDL诱导BMDMs细胞MAPK蛋白级联信号的激活。综上研究表明，巨噬细胞Piezo1介导MAPK/YAP在调控动脉粥样硬化斑块形成中起着重要的作用。本研究结合体外原代巨噬细胞的实验，综合利用细胞内钙离子成像、膜片钳、分子和细胞生物学技术明确了巨噬细胞Piezo1在动脉粥样硬化形成的作用及其信号转导通路。这将奠定心血管疾病机械转导信号通路新的治疗原则，为动脉粥样硬化的防治提供更加有效的分子生物学依据，为开发治疗动脉粥样硬化的药物提供新靶点，有期望产生较好的社会和经济效益。