周细胞中NO-sGC信号通路在调控血管正常化及肿瘤治疗中的作用

The successful formation of new blood vessel, known as neoangiogenesis, is a key step in tumor progression. Blood vessels are composed of endothelial cells which form the vessel lumen and mural cells, the pericyte and vascular smooth muscle cells which support and stabilize the endothelium. It has been well characterized that nitric oxide (NO) is produced by endothelial eNOS and activate sGC in SMC, results in vasorelaxation. Recent evidence showed that SMC and pericytes are originated from the same mesenchymal progenitor, however, whether sGC is also expressed in pericyte and the role of pericyte NO-sGC pathway in angiogenesis and vessel maturation has not been investigated yet. By using sGC1a specific antibody and GFP reporter mice, we found that sGC is highly expressed in pericytes of multiple organs. Importantly, impaired sGC pathway resulted in abnormal vessel formation and increased tumor growth. Thus, in this study we aimed to delineate by which mechanism NO-sGC pathway control vessel maturation and regulate tumor growth, and we would further explore whether pharmacologically activate sGC could potentiate the efficacy of anti-tumor treatment.

诱导血管新生是肿瘤生长的必需条件。血管的生成依赖于血管内皮细胞与周细胞血管平滑肌细胞以及微环境的相互作用。既往研究成功地解析了控制内皮细胞生长的分子机制，但对周细胞仍所知甚少。已知内皮细胞内的eNOS催化L-Arginine产生一氧化氮，随后通过直接扩散激活血管平滑肌细胞内的可溶性鸟苷酸环化酶（sGC）产生cGMP诱导血管平滑肌细胞舒张。但周细胞是否表达sGC未被研究。我们的前期研究利用sGC1a特异性抗以及和制作的sGC1a报告基因小鼠，发现周细胞内特异性表达sGC。进一步利用sGC1a基因敲除小鼠，发现破坏周细胞内sGC通路的功能可干扰病理状态下的血管新生和成熟，并导致肿瘤的快速生长。因此本项目计划深入研究周细胞中的sGC控制肿瘤血管新生和肿瘤生长的分子机制，并探讨是否可以通过激活sGC来提高抗肿瘤治疗效果的可能性。

血管内皮细胞与周细胞的互作在控制血管稳态中具有重要作用，但介导两种细胞间互作的信号通路未被全面解析。尤其是血管内皮细胞与周细胞之间的互作会不会影响周围的其他细胞，以及这些互作信号可否作为治疗的靶标尚未被探索。在本研究中我们首先绘制了健康和疾病状态下血管内皮细胞与周细胞互作图谱，并基于此图谱发现疾病状态下， NO-sGC通路是被显著下调的细胞间互作通路。利用药物激活盖通路则可以增加血管壁的完整性，减少渗漏，保护器官的功能。具体分子机制为sGC分子激活后可以激活下游的PKG并进一步磷酸化VASP，从而抑制其催化G-actin向F- actin转化的功能。这进一步导致了MRTFA滞留在细胞质里，从而关闭SRF介导的细胞骨架相关基因的转录。最终抑制了周细胞内的细胞骨架重排，起到了稳定周细胞的功能。我们在本研究中还进一步研究了破坏血管周细胞中NO-sGC通路后对肿瘤的生长是否收到影响。并仔细分析肿瘤内的血管表型的改变包括内皮细胞的周细胞覆盖率、缺氧、渗漏、血管灌注比例等指标。并利用单细胞测序从全局性分析对肿瘤微环境的影响，包括不同细胞转录特征的改变，细胞亚群的增加或减少、血管细胞与肿瘤其他间质细胞之间的互作改变等，解析了影响肿瘤生长的分子机制。我们的研究证明了血管内皮细胞与周细胞互作的重要性，并在动物实验里证明了靶向该通路可以用于提高血管的功能从而治疗疾病，具有很好的临床应用潜力。