循环血微颗粒中线粒体DNA在慢性肾衰后血管钙化中的作用研究

Vascular calcification is a common pathophysiological change of atherosclerosis, diabetes, chronic renal failure etc. Chronic renal failure (hyperphosphatemia) causes mitochondrial dysfunction in many tissues and promotes the release of mitochondrial DNA to serum. Recent studies showed that circulating mitochondrial DNA may exist in extracellular vesicles, which may contribute to vascular calcification. Our preliminary data showed that mitochondrial DNA was mainly found in microparticles in the circulating blood. Microparticles isolated from rats with renal fature enhanced Pi-induced vascular smooth muscle cells (VSMCs) calcification. This effect was abolished by TLR9（the receptor for mitochondrial DNA）antagonist. In this study, we will measure the content of mitochondrial DNA in circulating microparticles in healthy and renal failure individuals, and explore the underlying mechanisms for mitochondrial DNA-contained microparticles enhanced VSMCs calcification. This study will help to understand the role of mitochondrial DNA and circulating microparticles in vascular calcification, which may provide novel mechanisms and new targets for treatment of vascular calcification.

血管钙化是动脉粥样硬化、糖尿病、慢性肾衰等多种疾病的共同病生理变化的基础。慢性肾衰（高磷血症）引起多种组织细胞线粒体功能异常，释放线粒体DNA；近年研究表明：循环血中线粒体DNA可能存在于胞外囊泡中，而胞外囊泡可能与血管钙化的发病相关。预实验结果表明：循环血中线粒体DNA主要存在于微颗粒中，肾衰大鼠血清微颗粒可以加重高磷诱导的血管平滑肌细胞钙化，而TLR9(线粒体DNA受体)阻断剂可以阻断这一作用。因此提出设想：肾衰循环血微颗粒中的线粒体DNA可能参与血管平滑肌细胞的钙化。本项目拟深入探讨慢性肾衰后循环血微颗粒中线粒体DNA数量的变化，在高磷诱导的平滑肌细胞钙化模型中，探讨循环血微颗粒及线粒体DNA加重高磷诱导的平滑肌细胞钙化的具体机制。本研究对了解线粒体DNA在血管钙化中的作用，进一步认识循环血微颗粒对血管钙化的作用机制，以及对寻找血管钙化的防治策略均有重要的理论意义和潜在的实用价值。

血管钙化是动脉粥样硬化、糖尿病、慢性肾衰等多种疾病的共同病生理变化的基础。其主要的发生机制包括：（1）在某些钙化诱导因素的作用下，血管平滑肌细胞由收缩表型向成骨细胞样表型转分化；（2）内源性钙化抑制物调节失衡，导致钙化抑制物的缺失，比如Ankylosis 蛋白(ANK)、焦磷酸的减少。慢性肾衰（高磷血症）引起多种组织细胞线粒体功能异常，释放线粒体DNA；近年研究表明：循环血中线粒体DNA可能存在于胞外囊泡中，而胞外囊泡可能与血管钙化的发病相关。我们的结果表明：循环血中线粒体DNA主要存在于微颗粒中，肾衰大鼠血清微颗粒可以加重高磷诱导的血管平滑肌细胞钙化，而TLR9(线粒体DNA受体)阻断剂可以阻断这一作用。因此提出设想：肾衰循环血微颗粒中的线粒体DNA可能参与血管平滑肌细胞的钙化。本项目继续深入探讨了慢性肾衰后循环血微颗粒中线粒体DNA数量的变化，在高磷诱导的平滑肌细胞钙化模型中，探讨循环血微颗粒及线粒体DNA加重高磷诱导的平滑肌细胞钙化的具体机制。在此研究过程中，我们发现TLR9的另一配体细菌DNA，在慢性肾衰大鼠血清中显著升高，而给予抗生素灌胃，抑制肠道细菌易位所致细菌产物内毒素LPS和细菌DNA，能够抑制慢性肾衰后血管钙化的影响及可能的机制。在离体平滑肌细胞上分别应用TLR4和TLR9的抑制剂，或使用TLR4和TLR9敲除小鼠进行研究，均发现阻断TLR9显著抑制高磷或慢性肾衰诱导的血管钙化，而阻断TLR4则无此作用。提示抗生素主要通过抑制TLR9通路减轻慢性肾衰后的血管钙化。综上，本研究对了解线粒体DNA和细菌DNA在血管钙化中的作用，进一步认识循环血微颗粒和TLR9信号通路对血管钙化的作用机制，以及对寻找血管钙化的防治策略均有重要的理论意义和潜在的实用价值。