Notch信号介导的内皮细胞稳态在糖尿病微血管病变中的作用、机制和干预

The diabetic microangiopathy is a common risk factor of a panel of diabetic chronic complications. It has been shown that the loss of endothelial homeostasis is a initiating step of diabetic microangiopathy, but the underlying molecular mechanisms remain to be elucidated. Our previous studies have shown that Notch signaling is critically involved in endothelial homeostasis, and an endothelium-targeted soluble Notch ligand can inhibit angiogenesis, suggesting that the Notch signaling pathway might be a pivotal element and thus intervening target of diabetic microangiopathy. Therefore, in this project, using endothelium-specific inducible RBP-J knockout mice and NICD transgenic mice, in which Notch signaling is blocked or artificially activated, respectively, we will clarify the role of Notch signaling in endothelial homeostasis and diabetic microangiopathy. We will also identify the downstream molecules of Notch signaling in mediating endothelial homeostasis and diabetic microangiopathy through endothelial cell culture and molecular analyses including gene expression profiling. Moreover, we will unveil the molecular mechanisms underlying Notch signaling-mediated endothelial homeostasis and diabetic microangiopathy. Finally, we will try to intervene diabetic microangiopathy using a newly designed endothelium-targeted soluble Notch ligand. These studies are expected to provied new mechanism for diabetic microangiopathy, and new potential intervening target for this increasingly common disease.

糖尿病微血管病变是糖尿病慢性并发症的共同危险因素，而血管内皮细胞的失稳态是其始动环节，但分子调控机制不清。课题组前期研究表明Notch信号维持内皮细胞稳态，近期又发现内皮细胞靶向的可溶性Notch配体能抑制新生血管形成，提示Notch信号可能是糖尿病微血管病变的关键因素和干预靶点。因此，本课题拟利用内皮细胞特异性可诱导RBP-J基因剔除小鼠和NICD转基因小鼠在内皮细胞特异性阻断或激活Notch信号，结合高糖高脂小鼠模型，明确Notch信号在糖尿病微血管病变中的作用；通过体外细胞培养和分子检测以及基因表达谱分析，发现Notch信号调控内皮细胞稳态和糖尿病微血管病变的下游分子；进而阐明Notch信号调控内皮细胞稳态和糖尿病微血管病变的分子机制；在此基础上利用内皮细胞靶向的可溶性Notch配体尝试对糖尿病微血管病变进行干预。这些研究可以揭示糖尿病微血管病变的新机制，并为其治疗发现潜在的新靶点。

糖尿病患者中，血管内皮细胞是高血糖、糖基化终产物（AGE）等各类损伤因子作用的关键靶细胞，并由此引发内皮细胞功能障碍、可塑性变化等，成为糖尿病心血管系统病变的重要始动因素。因此，了解内皮细胞功能障碍和可塑性变化的关键调控网络，保护内皮细胞功能和结构稳态的关键靶点，对于防止糖尿病心血管系统病变有重要意义。Notch信号途径的主要分子包括Notch配体、受体和下游效应分子表达于血管内皮细胞，在内皮细胞的分化发育、结构稳态和生理功能中发挥关键作用，但其在内皮损伤环境中的应答和相关分子调控网络中的意义尚不完全清楚。本课题利用Notch信号的内皮细胞特异性条件性激活（Notch受体胞内段转基因小鼠）和条件性剔除小鼠（转录因子RBP-J基因剔除）模型，探讨Notch信号通过调控内皮细胞功能和稳态参与血管内皮细胞的保护。结果发现：（1）在炎性因子刺激、氧糖剥夺、缺血再灌注等损伤条件下，血管内皮细胞的Notch配体、Notch受体和下游分子的表达上升，提示在内皮损伤中存在Notch信号活化；利用内皮细胞特异性Notch信号活化和提出小鼠证实，Notch信号对血管内皮细胞的损伤应答的调控作用，随着内皮细胞的组织特异性而有不同。（2）对比了Notch敲除和对照内皮细胞间的差异表达基因，鉴定了在内皮细胞中介导Notch信号调控作用的新分子Tmem215，初步揭示了Tmem215的内皮保护作用及其作用的分子机制。（3）利用基因芯片筛选了Notch活化内皮细胞和对照内皮细胞之间的差异表达非编码RNA，在血管内皮细胞中鉴定了一组Notch信号的下游非编码RNA，包括一组miRNA和一组LncRNA。对Notch调控不同miRNA在血管内皮细胞中的作用进行了深入的研究，发现Notch信号可以通过miR-342-5p、miR-218等协同VEGFR信号和TGF-b受体信号通路，调控内皮细胞的增殖、迁移和转分化，参与内皮细胞的损伤应答，并影响新生血管形成。这些发现对于揭示损伤条件下内皮细胞功能障碍和可塑性变化的关键调控网络，发现保护内皮细胞功能和结构稳态的关键靶点，防止糖尿病心血管系统病变有重要的理论意义和潜在的临床医学价值。