基于代谢网络的切应力调控血管内皮功能的作用机制研究

血流动力学在动脉粥样硬化等心血管疾病发生过程中的作用机制一直是血管生物力学研究的热点之一。血管分叉和转弯处的血流低切应力可被血管内皮细胞(ECs)感知，引起血管结构和功能的紊乱，从而成为动脉粥样硬化发生的诱因。内皮功能紊乱作为一种复杂病理过程，仅仅从基因或蛋白等水平单方面进行研究已经难以更加深刻地阐明其发病机制。代谢组学研究可以反映体内已经发生的生物化学反应，作为转录组和蛋白质组后的一个新的研究热点，为从整体角度探讨动脉粥样硬化的发生发展提供了新的视角。本项目通过研究不同水平切应力对ECs代谢组的影响，建立与切应力水平相关的ECs代谢调控网络，分析切应力水平与ECs代谢途径之间的匹配关系；进而通过与蛋白质组学数据的生物信息学整合分析，获得与动脉粥样硬化发生相关的生物标志物，阐述其在低切应力调控血管内皮功能过程中的作用，为探究低切应力诱导动脉粥样硬化发生的作用机制提供理论依据。

血管分叉和转弯处的血流低切应力容易导致血管内皮细胞功能紊乱，从而促进动脉粥样硬化等心血管疾病发生。这其中的病理发生机制和物质基础尚不明确。本项目前期工作的结果证实低切应力导致血管内皮细胞内部多个信号通路产生变化。本项目在此基础上，利用气相色谱-四级杆质谱仪（GC-MS）的代谢组学分析方法分析切应力调控的血管内皮细胞内源性代谢物谱的变化，发展和完善了代谢组学方法学和数据处理平台，通过多元统计模型PCA、PLS-DA筛选了不同切应力水平作用下的血管内皮细胞代谢轮廓。结果发现低水平切应力可以影响与氧化应激和能量代谢相关的代谢物牛磺酸、丙酮酸、2磷酸甘油酸，还有和自由基消除相关的精氨酸。随后通过活性氧ROS的检测，发现低切应力刺激血管内皮细胞的ROS产生，而牛磺酸可以有效抑制了低切应力所诱发的ROS。这一结果与代谢组学检测的结果一致。进一步通过western blot检测Akt的蛋白含量及其磷酸化水平。发现Akt特异性抑制剂wortmannin和牛磺酸都可以有效抑制低切应力诱导的血管内皮细胞的磷酸化Akt表达。这些研究结果表明低切应力所导致血管内皮细胞的ROS产生和蛋白激酶B信号通路密切相关。通过生物信息学平台，预测了调控靶基因Akt的miRNA，并且通过real time RT-PCR检测了不同水平切应力作用下血管内皮细胞的miR21表达水平。结果表明，miR-24是一种对低水平切应力响应的小RNA，并且在切应力条件下其表达呈时间依赖性。进一步通过miR-24的mimics和inhibitor转染细胞，证明了miR-24与靶标基因Akt的调控关系。