表观遗传修饰氧化应激相关基因在高血糖“代谢记忆”中的作用及机制研究

高血糖"代谢记忆"指高血糖导致的血管损伤在血糖纠正后持续存在，是影响糖尿病血管并发症治疗效果的关键因素。氧化应激是高血糖所致血管损伤的核心环节，但现有研究不能解释氧化应激在血糖纠正后仍持续存在。表观遗传修饰通过改变染色质结构而持续影响靶基因表达，有望成为解释该"记忆"的新途径。结合最近研究显示表观遗传修饰介导了氧化应激相关基因的表达，我们推测：高血糖通过表观遗传修饰持续调控氧化应激相关基因的表达，导致氧化应激长期存在，直至引起血管损伤。本课题组将通过建立该"记忆"的动物和细胞模型，检测不同糖浓度阶段氧化应激关键基因的表达及其表观遗传修饰的变化，寻找特异的表观遗传修饰位点；并运用特异性药物及基因转染技术双向调节上述基因的表观遗传修饰，进一步观察基因表达的变化，从而验证表观遗传修饰在该"记忆"中的作用及具体机制。为靶向纠正高血糖"代谢记忆"及有效防治糖尿病血管并发症提供依据。

糖尿病血管并发症是目前糖尿病患者致死、致残的首要因素，“代谢记忆”的存在成为糖尿病血管并发症防治的巨大挑战。根据课题设计，本研究成功建立了“代谢记忆”细胞及动物模型，并进行了表观遗传修饰氧化应激相关基因在高血糖“代谢记忆”中的作用机制的研究。研究结果如下：（1）早期高血糖导致主动脉内皮细胞及动脉组织中持续的氧化应激增强、内皮功能障碍，NOX活性增强，NOX4及其亚基P22表达增高，eNOS表达增高而其磷酸化水平明显下降，在血糖恢复后上述状态仍然持续；（2）抑制NOX活性或者eNOS活性均能使“代谢记忆”组的氧化应激和内皮损伤部分逆转；（3）高糖使NOX4、eNOS启动子区H3K4m1水平升高，H3K9m2、H3K9m3水平下降，甲基化转移酶Set7表达增加及其在NOX4、eNOS启动子区富集，在血糖恢复后仍然持续；（4）Set7基因沉默后,高糖组及代谢记忆组细胞内炎症反应因子MCP-1等表达下降， eNOS、NOX4 mRNA表达量也明显下降，eNOS、NOX4基因启动子区Set7含量及H3K4m1修饰水平较对照组明显下降；而过表达Set7基因则反之。从上述研究结果得出如下结论：（1）早期高血糖造成了主动脉内皮细胞持久的损伤（代谢记忆）（2）NOX4、eNOS来源的活性氧在高血糖“代谢记忆”持续氧化应激及内皮损伤中发挥了重要的作用；（3）H3K4m1、 H3K9m2、H3K9m3协同调节了高糖导致的NOX4、eNOS表达活性的改变（4）甲基转移酶Set7在高血糖“代谢记忆”中介导了内皮细胞NOX4、eNOS基因启动子区H3K4m1的修饰反应，可作为表观遗传修饰的靶点，为逆转代谢记忆，防治糖尿病并发症提供新的治疗靶点。