利用条件性基因敲除小鼠模型研究JAK2激酶在糖尿病ED中的作用及机制

A large number of research results show that the effectiveness of drug treatment on diabetic erectile dysfunction (ED) is poor, the main mechanisms of which are associated with endothelial dysfunction, and increased smooth muscle tone along with excessive apoptosis of penile tissues. In the cardiovascular system, it has been reported that janus kinase 2 (JAK2) activition lead to excessive production of reactive oxygen species (ROS), increased vascular tone and excessive apoptosis of vascular endothelial and smooth muscle cells. In our preliminary experiments, we found that the JAK2 chemical inhibitor AG490 treatment was able to restore erectile dysfunction in diabetic rats. The main mechanisms of this improvement were suggested with decreased reactive oxygen species level, reduced cavernous smooth muscle tone and increased contents of endothelium and smooth muscle in penile tissue. For further study, we design this research to explore the role of JAK2 on ED and underlying mechanisms in Vitro and in Vivo using inducible endothelial cells specific JAK2 knockout mouse model, inducible smooth muscle cells specific JAK2 knockout mouse model and inducible JAK2 knockout mouse model. Finally, this work will have the potential to characterize a new molecular target and theoretical basis for treating diabetic ED.

研究表明，糖尿病勃起功能障碍（ED）药物治疗效果不理想与海绵体内皮功能障碍、平滑肌收缩性增强及细胞过度凋亡等多因素相关。在心血管系统中，2型非受体型酪氨酸激酶（JAK2）活化可导致活性氧（ROS）大量生成、平滑肌收缩性增强以及血管内皮和平滑肌细胞过度凋亡。申请者利用JAK2的化学抑制剂AG490进行的预实验发现，抑制JAK2活化后，可通过减少活性氧生成、降低海绵体平滑肌收缩性、减少海绵体内皮和平滑肌细胞凋亡，进而显著改善糖尿病ED大鼠勃起功能。为进一步研究JAK2作为ED治疗新靶点的可行性，本项目拟利用内皮细胞JAK2条件性敲除小鼠、平滑肌细胞JAK2条件性敲除小鼠和全身JAK2条件性敲除小鼠三种模型，在体外、体内和分子水平深入研究JAK2对高糖环境下阴茎海绵体内皮细胞和平滑肌细胞功能及数量的影响，从而阐明JAK2对勃起功能的影响和作用机制，为开发糖尿病ED特异性靶向治疗新药提供理论基础。

糖尿病性勃起功能障碍（ED）是糖尿病常见的并发症，其药物治疗效果不理想。大量研究显示，氧化应激是糖尿病并发症的重要介导因素，氧化应激可导致海绵体内皮细胞功能障碍、平滑肌细胞舒张功能减弱、细胞凋亡增加，从而损伤勃起功能。2型非受体型酪氨酸激酶（JAK2）在体内广泛表达，有研究显示高糖环境可激活JAK2，进而导致活性氧（ROS）生成增加，平滑肌细胞和内皮细胞凋亡增加、细胞功能障碍，从而引起糖尿病心血管并发症。.本课题组利用内皮细胞JAK2条件性敲除小鼠、平滑肌细胞JAK2条件性敲除小鼠和全身JAK2条件性敲除小鼠三种模型，分别研究JAK2对高糖环境下阴茎海绵体内皮细胞和平滑肌细胞的影响，并评价其对小鼠勃起功能的影响。我们的研究显示：（1）糖尿病ED小鼠的阴茎海绵体中JAK2的磷酸化激活明显增加，而JAK2的基础表达水平变化不大；利用他莫昔芬诱导JAK2敲除后，JAK2的基础表达和磷酸化水平均降低，小鼠的血糖水平变化不大，但勃起功能有所改善，其中全身JAK2敲除的小鼠勃起功能改善明显，内皮和平滑肌JAK2敲除小鼠的勃起功能改善不明显。（2）糖尿病ED小鼠阴茎海绵体中的活性氧水平增高，JAK2敲除后，活性氧水平明显下降，这表明减少氧化应激可能是JAK2敲除改善ED的一个机制。（3）糖尿病ED小鼠阴茎海绵体中的纤维化程度增加，敲除JAK2可以改善海绵体纤维化，这可能也是其作用机制之一。（4）糖尿病ED小鼠阴茎海绵体中细胞凋亡水平增加，敲除JAK2可减少细胞凋亡，增加海绵体内皮细胞和平滑肌细胞的数量。（5）NO-cGMP通路在糖尿病小鼠阴茎海绵体中下调，敲除JAK2可以上调该通路的表达。.本项目利用条件性JAK2基因敲除小鼠研究了JAK2在糖尿病ED中的作用机制。我们的研究发现，JAK2的磷酸化激活可能是糖尿病ED的发病机制之一，JAK2的激活可以导致阴茎海绵体的氧化应激水平增高，海绵体纤维化和细胞凋亡增加，同时下调NO-cGMP通路，而敲除JAK2可以逆转这些变化，同时改善勃起功能。该发现为糖尿病ED的治疗找到了一个新的靶点。