Septin7调控血管内皮结构稳定性的机制研究

The structural stability of vascular endothelium is closely associated with vascular remodeling and endothelial barrier homeostasis. Our previous studies documented the crucial role of miR-223 in hypoxic pulmonary vascular remodeling (Cardiovasc Res, 2016) as well as ischemic femoral artery remodeling (Circ Res, 2013, Cover Story of the issue). Further studies demonstrate that endothelial Septin7 is down regulated by miR-223. Endothelial specific deletion of Septin7 in transgenic mice via Tamoxifen induction resulted in remarkable reduction in recovery of reperfusion and femoral artery remodeling after hind limb ligation as well as a significant retinal hemorrhage in neonatal mice (P12). Moreover, silencing the expression of Septin7 reduces the protein expression of VE-Cadherin、Claudin5 and ITGB1 in endothelial cells. However, the underlying mechanisms and the pathological importance of Septin7 remain unclear. This project is planning to set up detailed research models covering silencing, knockout or overexpression of Septin7 in endothelial cell cultures, vascular tissue cultures and physiological/pathological animal models to clarify the role of Septin7 in regulating endothelial stability, vascular remodeling and barrier function and pathological relevance. The combination of RNA Seq technique and molecular/cellular approaches would assist to uncover the potential mechanisms that Septin7 modulates the expression of VE-Cadherin、Claudin5 and ITGB1 proteins. The goal of the project is to identify Septin7 as a novel vindicator for endothelial structure homeostasis.

内皮细胞结构稳定性与血管重构、屏障稳态维持密切相关。前期研究证实miR-223参与低氧性肺血管重构及缺血性动脉重构(Cardiovasc Res 2016; Circ Res 2013)。近期研究发现细胞骨架蛋白Septin7为miR-223下调蛋白之一，内皮特异性敲除Septin7显著减缓小鼠后肢缺血后的血流恢复及股动脉重构，并导致乳鼠视网膜溢血。沉默Septin7表达引起内皮粘性连接分子VE-Cadherin、紧密连接分子Claudin5、粘着连接分子ITGB1显著下调，其分子机制和病理意义尚不清楚。本课题拟在细胞、组织和动物疾病模型中敲除或过表达Septin7，系统研究其对血管重构、屏障功能的影响及病理相关性。通过二代测序、蛋白质谱及相应分子和细胞生物学手段，阐明Septin7调控关键内皮粘连蛋白表达的分子机制。本项目的研究目标是确立Septin7为新的重要“内皮结构稳态维护者”。

血管稳定性及重构是血管发育及相关病理事件的重要组织学基础。研究和鉴定参与此过程的新颖调节基因对深入理解心血管发育及病理机制具有重要意义。项目聚焦于第四类骨架蛋白Septin家族，利用诱导型内皮细胞特异性Septin7敲除小鼠进行研究,股动脉损毁再生模型表明小鼠血流再灌及大血管重构能力显著下降；低氧诱导小鼠右心收缩压及心功能障碍显著提高。转录组分析表明Septin7敲低缓解内皮细胞炎症基因表达。互做蛋白质组发现除了骨架蛋白之外，一些细胞核内蛋白如转录因子等存在与Septin7的分子结合。同时，核质分离及免疫荧光实验支持Septin7具有核定位特征，综上表明除了骨架蛋白本职之外，其在内皮基因转录调控方面有可能发挥作用。此外，充分利用条件敲除小鼠构建了肝脏和血小板特异性敲除小鼠，敲低Septin7加速高脂饮食诱导的小鼠肝脏纤维化及外周血脂质代谢失调并伴有心功低下及结构重构。血小板敲除Septin7则导致E17.5至新生期间的胚胎致死表型，杂合子成年小鼠血小板成熟能力降低，Septin广谱抑制剂FCF能够显著干扰激动剂刺激的主要骨架蛋白actin，tubulin的动态重构及其相关的血小板功能，揭示Septin是维持骨架蛋白重构的关键蛋白家族。Septin2基因敲除小鼠用来与Septin7进行比较研究，发现内皮敲除Septin2不会造成生殖和发育障碍，其成体小鼠表现出显著降低的血管损伤修复及重构、血管新生表型；同时缓解部分结扎造成的颈总动脉粥样硬化和全部结扎诱发的平滑肌内膜增生。与Septin7敲低较为相似，Septin2敲低的内皮细胞炎症通路被显著抑制。平滑肌特异性敲除Septin2导致E14.5期的胚胎致死，虽然主要血管的平滑肌未见异常，但心肌组织结构疏松有可能是造成胚胎死亡的主要原因。杂合子成年小鼠可以缓解全部结扎造成的颈总动脉内膜增生，利用抑制剂FCF和基因敲低手段均表明Septin2有助于平滑肌迁移和增殖行为。另外，我们发现了天然小分子化合物Brevilin-A通过调控线粒体氧化应激抑制内皮血管新生。本项目较为全面的鉴定了Septin蛋白家族对血管重构的重要意义及病理相关性，为相关疾病的靶向治疗提供了新颖的理论依据。