神经节苷脂GM3对低密度脂蛋白氧化和单核-巨噬细胞行为的影响及其分子机制

Solid previous studies have uncovered that compared with healthy vessels the expression in cells and the release in extracellular matrix of ganglioside GM3 dramatically increase in atherosclerotic human or animal vessels. On the other hand, a growing body of evidence suggests that both exogenous and endogenous GM3 can significantly influence the behaviors (e.g., cell adhesion, proliferation, migration, etc.) of many cell types, including cancer cells, fibroblasts, epithelial cells, among others. Therefore, we hypothesize that the significantly increased ganglioside GM3 as a result of atherosclerosis may in turn influence the oxidation of low-density lipoproteins (LDL) and the behaviors of the cells in atherosclerotic plaques, based on which the initiation and progression of the atherosclerosis will finally be modified. Our preliminary data also support this hypothesis. The oxidation of LDL and the behaviors of monocytes/macrophages are the two vital factors during the initiation and progression of the atherosclerosis. Therefore, This project will detect the effects of ganglioside GM3 on, as well as the underlying molecular mechanisms of, the oxidation of LDL and some major behaviors of monocytes/macrophages and on the effects in model animals to investigate the potential functions of GM3 in the initiation or progression of the atherosclerosis. We hope that the study will provide implications for further understanding or the cure of this disease.

大量证据表明，相比正常血管内膜，血管动脉粥样硬化斑的细胞外基质中和细胞上的神经节苷脂GM3含量显著性提高。同时，大量证据也表明，外源性的和细胞上的GM3能够影响肿瘤细胞、成纤维细胞、表皮细胞等的粘附、增殖和迁移等细胞行为。我们推测，动脉粥样硬化斑中高GM3含量的微环境很可能会反过来影响身处其中的低密度脂蛋白的氧化及细胞的活性或行为，从而影响动脉粥样硬化的形成和发展。我们的预实验结果已初步反映了这个推测。低密度脂蛋白的氧化和单核-巨噬细胞的行为是动脉粥样硬化形成和发展的两个关键因素。因此，本课题拟探测GM3对低密度脂蛋白氧化、单核细胞对内皮细胞层的粘附和渗透、单核细胞向巨噬细胞转化、巨噬细胞潴留和泡沫化等方面的影响及其分子机制，并从动物水平探测GM3对动脉粥样硬化过程的影响，从而探讨GM3在动脉粥样硬化形成或发展中的可能作用和机制，期望能对疾病的深入理解和治疗或延缓有重要启示。

大量证据表明，相比正常血管内膜，血管动脉粥样硬化斑块区域的神经节苷脂GM3含量显著增高。本项目推测，动脉粥样硬化斑中高GM3含量的微环境很可能会反过来影响身处其中的低密度脂蛋白的氧化及细胞的活性或行为，从而影响动脉粥样硬化的形成和发展。本项目的主要研究目的和内容旨在验证这个推测。本项目从低密度脂蛋白的性质和氧化、单核/巨噬细胞和内皮细胞的活性或行为等角度，从分子、细胞和动物水平，探究了GM3在动脉粥样硬化形成或发展中的可能作用和机制。体外实验发现，外源性GM3能够增大低密度脂蛋白（LDL）颗粒尺寸、zeta电位和电荷，抑制LDL氧化，抑制单核细胞-内皮细胞的粘附（内源性GM3的下调能增强内皮细胞的单核细胞粘附性），降低LDL被细胞的识别和内吞，抑制巨噬细胞的脂质沉淀（即泡沫化）；动物实验（使用高脂喂食的ApoE基因敲除小鼠来建立动脉粥样硬化疾病模型）显示，外源性GM3处理后的小鼠的各种血脂（甘油三酯、总胆固醇、LDL-胆固醇和HDL-胆固醇）均显著下降，主动脉各处的硬化斑块更少。结果表明，GM3能够在多个方面抑制动脉粥样硬化的形成或发展，验证了本项目最初的推测，同时也发现外源性GM3是一种潜在的抗动脉粥样硬化药物。本项目还构建了重组高密度脂蛋白（rHDL）作为药物的运输载体来运载外源性GM3（即GM3-rHDL纳米颗粒）。体外实验显示，GM3-rHDL纳米颗粒具有靶向性，能够显著抑制巨噬细胞的脂质沉淀；ApoE-/-小鼠实验显示，GM3-rHDL纳米颗粒处理的小鼠各种血脂也都显著下降，主动脉各处的硬化斑显著减少。结果表明，GM3-rHDL纳米颗粒具有靶向性，不但减少了GM3的用药量，还依然具有显著的抗动脉粥样硬化药效，具有发展为抗动脉粥样硬化药物的潜力。本项目为动脉粥样硬化斑块内GM3含量显著升高这一现象提供了一个科学的解释或假说，揭示了GM3在动脉粥样硬化形成和发展中的作用及其机制，发现了外源性GM3作为潜在的抗动脉粥样硬化药物的可能性，并进一步发展了具有抗动脉粥样硬化药效的GM3-rHDL纳米药物，有助于对该疾病的深入理解和治疗。