氢气对慢性间歇性低氧所致血管内皮细胞损伤的保护作用及机制研究

Obstructive sleep apnea has been considered to be an independent factor for cardiovascular consequences. Chronic intermittent hypoxia (CIH) is one of the hallmark features of OSA. CIH, similar to ischemia/reperfusion injury, could induce oxidative stress and lead to endothelial dysfunction in OSA. Molecular hydrogen (H2) has been shown to benefit several cardiovascular disease models characterized by ischemia/reperfusion. However, the effects of H2 on CIH-induced endothelial dysfunction is still unknown. We aim to investigate whether administration of H2 protects against CIH-induced endothelial apoptosis, and whether CIH alters the type of H2-producing bacteria in the intestine and decreases endogenous production of H2 using a CIH mouse model. We previously reported that Txnip/TRX1 system is involved in CIH-induced endothelial apoptosis, and could be a new therapeutic target for OSA treatment. We found that H2 inhibits cell apoptosis through suppressing the activation of ASK1/JNK/c-Jun signaling pathway, which is regulated by Txnip/TRX1 system. Whether H2 affects Txnip/TRX1 system remains unclear. Thus, we also aim to analyze whether H2 improves CIH-induced endothelial apoptosis through regulation of Txnip/TRX1 system and its downstream ASK1/JNK/c-Jun signaling pathway.

慢性间歇低氧（CIH）诱发氧化应激致血管内皮细胞损伤是阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）并发心血管疾病的主要机制之一，是OSA机制及药物治疗的研究热点。氢气能改善多种缺血再灌注损伤的心血管疾病，但尚无研究证实氢气对CIH所致血管内皮细胞损伤的保护作用。本项目拟在CIH动物模型基础上，探讨外源性给氢气和内源性氢气量变化对CIH刺激下血管内皮细胞的影响。我们前期研究证实Txnip/TRX1系统失衡参与CIH所致血管内皮细胞损伤，可成为OSA药物治疗的新靶点。我们还发现氢气通过抑制ASK1/JNK/c-Jun信号通路（Txnip/TRX1系统下游）而起到抗氧化应激及抗凋亡作用，但氢气是否作用于Txnip/TRX1系统尚不明确。因此，本项目拟结合CIH动物、细胞模型，探讨氢气对Txnip/TRX1系统及下游相关信号通路的调节在抗血管内皮细胞氧化应激损伤中的作用，为OSA靶器官损伤的药物治疗提供新思路。

研究背景：慢性间歇性低氧（CIH）诱发氧化应激致血管内皮细胞损伤是阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）并发心血管疾病的主要机制之一，是OSA机制及药物治疗的研究热点。本研究拟探讨氢气对CIH所致血管内皮细胞损伤的保护作用及相关机制。.研究内容：本研究构建CIH暴露的动物及细胞模型。在动物实验中，将C57BL/6小鼠分为5组：对照组，CIH组，CIH+富氢水组，CIH+乳果糖组，CIH+乳果糖+抗生素组。取小鼠主动脉及颈总动脉组织，观察主动脉及颈总动脉病理结构、内皮细胞的凋亡水平、内皮细胞的线粒体损伤情况，检测血管组织ROS水平及血清氧化应激标志物SOD及MDA水平，并应用双免疫荧光染色检测内皮细胞Txnip表达水平。在细胞实验中，HUVECs细胞予以氢气或对照组预处理后，暴露于IH条件下培养24小时，检测细胞凋亡水平及Txnip/GSDMD/Caspase1焦亡通路关键蛋白表达水平。.结果：CIH组小鼠主动脉及颈总动脉内膜欠平滑，局部增厚、断裂，内膜下平滑肌细胞增生、紊乱，内皮细胞线粒体肿胀、空泡形成、伴随嵴部分或几乎完全丧失，内皮细胞凋亡明显增加。CIH+饮用富氢水组小鼠主动脉病理损伤较CIH组明显减轻，内膜大致整齐，少见局部内膜突出，无明显断裂，中膜平滑肌纤维排列稍有紊乱，且无明显平滑肌细胞增生，内皮细胞线粒体结构形态相对完整，未见明显空泡形成，内皮细胞凋亡减少。且CIH+饮用富氢水组小鼠主动脉组织ROS水平、血清SOD及MDA水平较CIH组明显降低，并减少血管组织Txnip表达水平。而乳果糖处理无类似保护作用。同时，氢气预处理可抑制Txnip/GSDMD/Caspase1焦亡通路并减少IH诱导的HUVECs细胞焦亡。.科学意义：本研究结果提示氢气可通过抑制Txnip/GSDMD/Caspase1焦亡通路改善CIH诱导的血管损伤，为氢气应用于OSA合并心血管损伤提供研究基础。