Bach1调控平滑肌细胞自噬影响肺动脉高压血管重构的机制研究

Pulmonary hypertension is a serious threat to human health, and pulmonary vascular remodeling is the basis of its pathology. In the preliminary experiment, we found that deletion of Bach1 increased the systolic pressure of the right ventricle and promoted the thickening of the membrane of the pulmonary arteriole in the pulmonary hypertension mice with vascular smooth muscle specific knockout Bach1. Bach1 bound to the arginine methyltransferase CARM1, and overexpression of Bach1 inhibited hypoxia-induced cell proliferation and induced autophagy-related genes expression and autophagic cell death in human arterial smooth muscle cells. However, how Bach1 regulates pulmonary vascular remodeling in pulmonary hypertension and smooth muscle cells autophagic cell death are largely uncharacterized. In the present study, we attempt to investigate whether Bach1 induces the autophagy-related genes expression and autophagic cell death by binding to the arginine methyltransferase CARM1 and transcription factor TFEB under normoxia or hypoxia conditions in human or mouse pulmonary arterial smooth muscle cells. By using pulmonary hypertension model in smooth muscle cell-specific Bach1 knock out or Bach1 transgenic mice, we will investigate the role and mechanisms of Bach1 in the regulation of pulmonary vascular remodeling in pulmonary arterial hypertension. This study will provide a scientific basis for the treatment of pulmonary hypertension by targeting Bach1.

肺动脉高压是严重威胁人类健康的疾病，肺血管重构是其病理学基础。我们预实验发现血管平滑肌特异性敲除转录因子Bach1可增加肺动脉高压小鼠的右心室收缩压，促进肺小动脉中膜增厚。Bach1与精氨酸甲基转移酶CARM1结合，Bach1过表达抑制缺氧诱导的人肺动脉平滑肌细胞增殖，促进细胞自噬基因表达，诱导自噬性细胞死亡。但是Bach1如何影响肺动脉高压肺血管重构，如何调控平滑肌细胞自噬性细胞死亡尚不清楚。本课题拟利用人和小鼠肺动脉血管平滑肌细胞，在常氧或低氧条件下，研究Bach1是否与CARM1以及转录因子TFEB相互作用，促进自噬相关基因的表达，诱导肺动脉血管平滑肌细胞自噬性细胞死亡。在平滑肌Bach1特异性敲除或Bach1转基因小鼠上，建立缺氧性肺动脉高压模型，研究Bach1调控肺动脉高压肺血管重构的作用和分子机制。这项研究将为以Bach1为靶点防治肺动脉高压肺血管重构提供科学依据。

本课题组前期研究发现转录因子BACH1在心血管疾病中发挥着非常重要的调控作用。并且，BACH1被证实在肺纤维化的细胞模型中通过调节细胞活力和胶原沉积表达来调节肺部纤维化的发展。但是BACH1在肺动脉高压中的作用和机制还不清楚。本项目旨在研究BACH1对肺动脉高压的发生和发展的影响及其作用机制。分析发现肺动脉高压病人相较于正常人的肺组织BACH1基因表达显著升高。在肺动脉高压小鼠肺组织中，Bach1表达也显著上调。人肺动脉平滑肌细胞和提取了原代培养的小鼠肺动脉平滑肌细胞，缺氧处理后BACH1表达也明显上调。在小鼠肺动脉高压模型中，血管平滑肌细胞特异性敲除Bach1可抑制小鼠的右心室收缩压和右心肥厚；血管平滑肌细胞特异性敲除Bach1能抑制小鼠肺动脉平滑肌层的增厚和细胞外基质沉积。单细胞核转录组测序分析发现血管平滑肌特异性Bach1敲除能够显著抑制细胞外基质和肺纤维化相关信号通路，同时TGF-β信号通路的下游SMAD3的表达也得到显著抑制。在肺动脉高压小鼠肺组织中进一步验证，血管平滑肌特异性Bach1敲除能够下调TGFBR2的mRNA和蛋白表达，并且进一步下调SMAD2/3的磷酸化，从而调控下游的细胞外基质和纤维化信号通路相关基因，调节肺动脉高压的肺血管重构。在原代培养的Bach1基因敲除小鼠肺动脉平滑肌细胞和人肺动脉平滑肌细胞中，通过缺氧诱导进行了验证，得到了一致的结果。为了进一步探究BACH1调控TGFBR2的机制，我们通过染色质免疫沉实验证实BACH1富集在TGFBR2基因的启动子区。TGFBR2的报告基因实验证实，BACH1促进TGFBR2的转录活性，提示BACH1可能直接调控TGFBR2基因的转录；通过siRNA和TGFBR2的抑制剂，发现一致TGFBR2可明显抑制BACH1促进的SMAD2/3的磷酸化和下游细胞外基质沉积和纤维化相关基因的表达。本研究结果表明，肺动脉高压中BACH1表达上调，缺氧能诱导血管平滑肌细胞BACH1的表达，进而促进BACH1结合在TGFBR2的基因启动子区，调控SMAD2/3的磷酸化，从而使细胞外基质和纤维化等基因表达增强，诱导肺血管重构，促进肺动脉高压的发生和发展，为肺动脉高压的临床治疗提供了新的靶点和策略。