Grx1调节的氧化还原信号通路与糖尿病心血管并发症的关系

Enhanced oxidative stress is the important pathogenesis of cardiovascular complications of diabetes. The oxidative status can stimulate sulfhydryl proteins to occur S-glutathionylation modification and produce S-glutathionylation proteins (Pr-S-S-G), so the accumulated Pr-S-S-G in the cells can be important factor which induces the injury of apoptosis and the pathway of ageing. At present, it has been reported that type I , type II diabetes and other diseases are closely related to S-glutathionylation of proteins. Glutaredoxin1 (Grx1) can specifically and efficiently catalyze Pr-S-S-G to be reduced is discovered zymoprotein so far, regulates post-translational modification of sulfhydryl proteins, however, the mechanism is still poorly understood. Our results demonstrated that external Grx1 has protective effects against high glucose-induced apoptosis in HUVECs through decrease intracellular ROS level, inhibition of JNK and activation of Akt pathway. We speculate that S-glutathionylation modification of sulfhydryl proteins in NF-κB, JNK, Akt signal pathways of Grx1 regulation may be an important mechanism of mediating redox signaling pathway in diabetes tissue cells, thus, we will try to do some significative job in this respect, in order to look for the target protein of S-glutathionylation under pathophysiological conditions of cardiovascular complications of diabetes and the cascade pathway of signal transmission of the existing protein S-glutathionylation, trying to clarify molecular mechanisms of Grx1 system biological effect under specific pathophysiological conditions, and also provide new target for therapy of cardiovascular complications of diabetes.

氧化应激增强是糖尿病心血管并发症重要的发病机制。氧化应激状态能刺激体内巯基蛋白质发生谷胱甘肽化修饰，产生谷胱甘肽化蛋白质（Pr-S-S-G），Pr-S-S-G堆积是引起细胞凋亡损伤及衰老途径的影响因素。Ⅰ型及Ⅱ型糖尿病与蛋白质的谷胱甘肽化密切相关。谷氧还蛋白1（Grx1）能特异而有效的催化Pr-S-S-G还原，调节含巯基蛋白的翻译后修饰。我们已发现Grx1可降低活性氧并抑制JNK和激活Akt拮抗高糖诱导的血管内皮细胞凋亡，推测Grx1调控的NF-κB、JNK、Akt信号通路中巯基蛋白的谷胱甘肽化修饰可能是介导糖尿病组织细胞内氧化还原信号转导的一种重要机制，本研究拟尝试在此方面做些有意义的工作，寻找糖尿病心血管并发症条件下发生谷胱甘肽化的靶蛋白及存在的蛋白质谷胱甘肽化传递的级联信号通路，以期阐明特定病理生理条件下Grx1体系的生物学效应及作用机制，为糖尿病心血管并发症的治疗提供新靶点。

氧化应激增强是糖尿病心血管并发症重要的发病机制。氧化应激状态能刺激体内巯基蛋白质发生谷胱甘肽化修饰，产生谷胱甘肽化蛋白质（PSSG），PSSG堆积引发机体内广泛的氧化应激损伤，是糖尿病和心血管疾病发生发展的重要因素。目前已鉴定出了一大批PSSG，其中有相当一部分是细胞存活和凋亡信号通路中的重要的蛋白激酶和转录因子如NF-κB、JNK/c-Jun和Akt等。谷氧还蛋白1（Grx1）在体内作为一种重要的抗氧化剂和细胞氧化还原信号传导途径中的重要调控因子，催化蛋白质二硫键及PSSG的还原，调节着含巯基蛋白的翻译后修饰。Grx1参与心肌病变的发病机制，在动脉粥样硬化等疾病发展中起抗氧化保护作用，对糖尿病有潜在的治疗作用。目前，临床糖尿病及糖尿病心血管并发症患者Grx1体系改变的数据积累不足，内源性Grx1抗氧化体系功能及外源性给予Grx1对糖尿病心血管损伤的影响及机制，国内外也未见报道。我们通过体外细胞实验证实：外源性给予Grx1保护后，可通过抑制Caspase 8/3凋亡通路和JNK /c–Jun和p-NF-kB信号通路的激活，并激活Akt通路拮抗高糖诱导的H9c2心肌细胞及猪冠状动脉血管内皮细胞氧化应激损伤及凋亡。此外，Grx1拮抗高糖诱导的心肌细胞凋亡机制还与调节自噬水平及内源性抗氧化蛋白Trx1蛋白水平、拮抗高糖诱导的蛋白质的氧化状态及MMP-9水平有关。在原代培养的猪冠状动脉内皮细胞中我们观察到，当HG作用后，Grx1和Trx1的mRNA表达均下调，并且Grx1还恢复了HG诱导的NO水平的降低。动物实验证实：2型糖尿病大鼠血液及左室心肌组织中Grx1和Trx1氧化还原系统功能发生改变，Grx1蛋白水平均上调，GR水平均下调。尾静脉注射Grx1蛋白后，糖尿病组大鼠心肌中被氧化的蛋白及凋亡均减少，进一步研究发现Grx1拮抗了糖尿病组大鼠心肌组织中p-Akt水平的下调及p-JNK和p-NF-kB水平的上调。临床指标检测结果表明，高糖患者血清中Grx1水平升高及其调节的蛋白质的氧化修饰-谷胱甘肽化修饰可能是高血糖增加而诱导氧化应激、炎症反应而引发糖尿病发病的分子标志。我们的以上研究结果提示：通过提高Grx1/GSH抗氧化系统功能，调节氧化还原稳态及干预相关信号分子（氧化还原信号蛋白）的翻译后修饰可以有效减少糖尿病心肌、血管内皮损伤，保护糖尿病心脏和血管功能。