钠氢交换体1调控细胞凋亡在腹主动脉瘤发病机制中的作用

IgE contributes to vascular diseases by activating apoptosis of macrophages, endothelial cells and smooth muscle cells. Prior studies showed that this activity of IgE was mediated by Na+-H+ exchanger 1 (NHE1). NHE1 inhibitor can effectively protect cells from IgE-induced apoptosis. Our prior studies showed that in human abdominal aortic aneurysm (AAA) lesions, macrophage-rich areas are IgE positive and acidic, implying the activation of NHE-1. But the mechanism by which it functions remains further illustration. We hypothesize that increased expression of IgE can activate NHE1 on macrophages, endothelial cells and smooth muscle cells, followed by the activation of downstream pathway such as p38 MAPK signal transduction pathway and increased expression of transcription factors CHOP and ELK1, resulting in more cell apoptosis and more severe AAA. In this study, we will test whether genetic deficiency of NHE1 can protect mice from AAA progression. We will also explore possible molecular mechanisms of how NHE1 regulate cell apoptosis in AAA. This study is expected to clarify the roles and mechanisms of NHE1 in AAA, and provide new theoretical basis and experimental evidence for treatment of AAA.

IgE能够通过激活巨噬细胞、内皮细胞和平滑肌细胞凋亡，在心血管疾病中发挥重要作用。近期研究发现，IgE的该作用受到钠氢交换体1(NHE1)的调控，并且使用NHE1抑制剂能够有效减轻IgE诱导的细胞凋亡。我们的前期研究结果显示，人的腹主动脉瘤 (AAA) 斑块中富含巨噬细胞的区域内含有大量IgE并且呈酸性，提示有NHE1活化。但NHE1在AAA中的作用和机制有待进一步阐明。我们假设在AAA发病过程中，IgE表达增高后激活巨噬细胞、内皮细胞和平滑肌细胞上的NHE1，进而产生下游效应如p38 MAPK信号传导通路的激活以及转录因子CHOP及ELK1等表达增加，加剧细胞凋亡，从而加剧AAA病变。由此我们拟在整体动物和细胞分子水平展开研究，明确NHE1在AAA发病过程中的重要作用及其信号传导途径，以及NHE1对细胞凋亡的调控作用及其下游分子机制，为AAA的治疗提供新的理论基础和思路。

IgE调控钠氢交换体1 (Na+-H+ exchanger-1, Nhe1) 活化，进而介导动脉炎症反应和血管细胞外酸性化，并促进细胞凋亡。通过使用一种细胞可渗透性荧光探针pHrodo，我们能够检测人和小鼠腹主动脉瘤 (abdominal aortic aneurysm, AAA) 病变斑块内的酸碱度。我们同时发现该酸性区域内有巨噬细胞聚集，IgE表达水平升高以及细胞凋亡增加。通过在Apoe−/−Nhe1+/−小鼠和对照组Apoe–/–Nhe1+/+小鼠皮下植入含血管紧张素II (Ang-II)的微型泵构建AAA 模型证实Nhe1的直接作用。结果显示，敲除Nhe1基因能够显著降低小鼠AAA发生率和斑块面积，显著降低斑块内巨噬细胞和T细胞聚集，降低斑块中膜弹力蛋白破坏和降解程度，并降低斑块内中膜SMC凋亡、胶原含量、细胞凋亡程度以及基质金属蛋白酶 (matrix metalloproteinases, MMPs) 的活性。Nhe1基因敲除还能够降低平均动脉血压，并降低血浆中凋亡标志物翻译调控肿瘤蛋白 (translational controlled tumor protein, TCTP) 的水平，而对血浆IgE水平无影响。AAA斑块内pHrodo的红色荧光强提示酸性区域，该区域内巨噬细胞含量、IgE表达水平以及细胞凋亡数量均显著升高。Nhe1基因敲除能够显著降低该酸性区域面积。小鼠AAA斑块内酸性区域内含有大量聚集的巨噬细胞，并且这些巨噬细胞上表达大量的Nhe1 和IgE 的受体FcR1，提示IgE能够调控Nhe1活化。明胶酶谱法和Western blot检测证实，Nhe1基因敲除能够显著降低小鼠巨噬细胞中MMP-9以及pro-MMP-2的活性，显著降低织蛋白酶 (Cathepsin B, Cathepsin L, Cathepsin K, Cathepsin S)以及促凋亡相关蛋白 (Bax, Bid, cleaved caspase-3) 的表达水平，并显著降低小鼠巨噬细胞中NF-B通路相关蛋白的磷酸化水平。应用一种无毒性、无放射性、灵敏度高的pH探针(LS662) 能够监测小鼠体内AAA斑块的进展。结果显示，Nhe1基因敲除能够显著降低LS662释放的远红外荧光信号强度。综上所述，本课题证实了Nhe1在AAA病理生理过程中的直接作用。