转录因子KLF15调节经典与非经典TGF-β通路抑制主动脉瘤发生

Aortic aneurysm is a life-threatening cardiovascular disorder caused by its predisposition for dissection and rupture. Excess TGF-β signaling promotes aortic aneurysm and dissection. Both the canonical Smad-dependent and the noncanonical Smad-independent TGF-β signaling play critical roles in aortic aneurysm formation. Thus, it is important to identify the negative regulators of TGF-β signaling cascades. Deficiency of the transcriptional regulator Kruppel-like factor 15 (KLF15) in mice leads to heart failure and aortic aneurysm. However, the exact role of vascular smooth muscle KLF15 in the pathogenesis of aortic aneurysm is largely unknown. Our unpublished data indicated that KLF15 interacted with TGF-β-activated kinase 1 (TAK1) and extracellular signal-regulated kinase (ERK) 1 and decreased the noncanonical Smad-independent signaling in vascular smooth muscle cells (VSMC) upon TGF-β treatment. Moreover, KLF15 suppress p53-mediated Smad2 expression. Thus, we hypothesized that KLF15 deficiency in VSMC results in an up-regulation of both Smad-dependent and independent TGF-β signaling that essential for aortic aneurysm progression. To test this hypothesis, in this project, we will construct KLF15 knock out mice and KLF15 conditional knock down mice by using CRISPR/Cas9 system and infuse with angiotensin II to establish models of aneurysm formation. The TGF-β signaling changes, the aortic wall homeostasis, leukocyte infiltration and the cellular behaviors underlying the pathogenesis of aortic aneurysm resulting from KLF15 disruption will be studied.

主动脉瘤呈血管壁退行性改变及扩张，破裂后死亡率达90%。TGF-β信号的过度激活与主动脉瘤有关，而内源性保护机制研究尚少。高血压可刺激KLF15敲除小鼠发生主动脉瘤，提示转录因子KLF15对主动脉瘤具有保护作用，但机制不详。我们前期发现平滑肌细胞KLF15参与主动脉瘤发生，且KLF15抑制经典与非经典TGF-β通路活性，并调节TGF-β介导的胞外基质合成与降解。我们提出假设：平滑肌细胞KLF15缺失可能增强TGF-β通路活性，导致平滑肌细胞表型转化，胞外基质合成减少、降解增多，以及炎性浸润，从而引起主动脉瘤。本研究在野生、KLF15敲除小鼠、KLF15条件敲减小鼠中诱导主动脉瘤，结合超声、病理及分子生物学等分析，明确高血压如何诱导平滑肌细胞KLF15表达改变，KLF15如何调节TGF-β信号通路，并阐明KLF15抑制平滑肌细胞表型转化、凋亡，维持细胞外基质稳定，保护主动脉瘤发生的具体机制。

主动脉瘤是心血管危重症，目前临床缺乏有效防治策略。遗传突变是主动脉瘤的主要致病因素之一，但大多数主动脉瘤的发病不能用已知的致病突变来解释。以主动脉瘤专病队列为基础，发现主动脉瘤候选致病基因，探究候选致病基因的致病性及其作用机制，有望发现主动脉瘤新干预靶点。前期对主动脉瘤患者的全外显子测序，发现了新的候选致病基因KLF15，因此，本项目的核心研究内容是探究转录因子KLF15在主动脉瘤形成中的作用与机制。运用细胞及基因敲除动物模型，结合细胞生物学、分子生物学、转录组测序、蛋白质组学等多种研究手段，获得以下科学发现：1）人主动脉瘤的瘤体组织中KLF15表达下降；2）主动脉瘤危险因素作用下，KLF15基因敲除促进主动脉瘤形成；3）KLF15基因缺失通过诱导血管平滑肌细胞表型转化导致主动脉瘤形成；4）KLF15通过调控TGF-β信号通路维持血管平滑肌细胞稳态；5）动脉瘤组织中的miR-181b抑制KLF15表达。本研究明确了KLF15可促进主动脉瘤形成，并阐明了作用机制。. 新兴的基因编辑技术为基于基因突变或表达异常导致的主动脉瘤的治疗提供了新思路。然而，主动脉的在体基因递送及编辑是领域难点。项目执行过程中，扩大研究思路，与化学材料团队合作，构建了一种基于胆固醇修饰的新型纳米载体（CHO-PGEA），用于体内递送靶向Fbn1基因的CRISPR/Cas9基因编辑系统，实现了在体主动脉的基因递送及编辑。研究成果发表于Advanced Science（5年IF:15.074），并得到了领域专家的认可。该研究首次展示了纳米载体递送CRISPR/Cas9在主动脉实现了基因编辑，为主动脉疾病的治疗提供了新思路。