PARP-1/SIRT3信号通路在低氧性肺动脉高压糖酵解中的作用机制

Pulmonary arterial hypertension (PAH), characterized by an increase in pulmonary vascular resistance, is a progressive and fatal disease that ultimately leads to death. PAH patients with glucose metabolism disorder had much poorer prognosis. There is no strong evidence to elucidate the mechanism of PAH and abnormal glucose metabolism. Our preliminary clinical studies indicated idiopathic pulmonary arterial hypertension patients with glucose metabolism disorder and insulin resistance had much poorer prognosis. Our preliminary animal studies also indicated SIRT3 which plays an important role in glucose metabolism and insulin resistance in mitochondria was down-regulated expressed pulmonary artery smooth muscle cell(PASMC) in hypoxic PAH rat. In hypoxia, increase of ROS cause DNA damage and DNA repair activation. PARP-1 was upregulated during DNA repair while SIRT3 inhibition was reported associated with PARP-1 activation. Based on our previous study, we hypothesize that SIRT3 can be mediated by PARP-1 to participate in glycolysis in PASMC in rats with hypoxic PAH. To confirm the hypothesis, we explore the mechanism of ROS/PARP-1/SIRT3 signal pathway in glycolysis of PASMC in hypoxic PAH rat in vitro and in vivo. The results are helpful to reveal the possible mechanism of metabolic shift to glycolysis in PAH and may provide the theory foundation for glucose metabolism disorder in PAH.

肺动脉高压是一类恶性心血管疾病，特别是存在糖代谢异常者预后差。目前尚无强有力的证据阐明肺动脉高压与糖代谢异常的机制。我们前期临床研究发现特发性肺动脉高压合并胰岛素抵抗者预后更差，动物实验也进一步证实在糖代谢及胰岛素抵抗发挥重要调节作用的 SIRT3 在肺动脉高压大鼠肺动脉平滑肌线粒体中表达显著下降。文献报道缺氧情况下，ROS 产生增加引起 DNA 损伤，进而激活 DNA 损伤修复机制，上调聚腺苷二磷酸核糖聚合酶-1（PARP-1）表达，而 SIRT3 抑制与 PARP-1 激活有关。结合我们的前期研究基础，本项目提出 SIRT3 可被 PARP-1 介导参与缺氧性肺动脉高压大鼠肺动脉平滑肌细胞糖酵解异常的假说。为证实这一推测，通过体内和体外试验，深入研究 ROS/PARP-1/SIRT3信号通路对肺动脉高压大鼠肺动脉平滑肌细胞糖酵解中的作用机制，为肺动脉高压糖代谢异常研究奠定理论基础。

肺动脉高压是一类恶性心血管疾病，特别是存在糖代谢异常者预后差。目前尚无强有力的证据阐明肺动脉高压与糖代谢异常的机制。我们前期临床研究发现特发性肺动脉高压合并胰岛素抵抗者预后更差，动物实验也进一步证实在糖代谢及胰岛素抵抗发挥重要调节作用的 SIRT3 在肺动脉高压大鼠肺动脉平滑肌线粒体中表达显著下降。结合我们的前期研究基础，本项目提出 SIRT3 可被 PARP-1 介导参与缺氧性肺动脉高压大鼠肺动脉平滑肌细胞糖酵解异常的假说，并进行验证。通过该课题资助，我们通过体外及体内实验，验证了PARP-1介导SIRT3参与肺血管重构、肺动脉高压发病机制。申请人团队成员前期通过 miRNA microarray 和转录组测序筛选 IPAH 患者血样标本与对照者 miRNAs 差异表达谱，结果提示大量 miRNAs 在 IPAH 患者的表达显著异常。我们在 TargetScan 数据库进行靶基因预测，发现miR-494-3p可能调控 SIRT3 表达，并且 miR-494-3p 在我们前期的 miRNA microarray 的筛选中发现IPAH 患者与对照者血样本中存在显著差异。随后申请人在 MCT-PAH 大鼠 PASMC 组织和 PDGF-BB 诱导的人PASMC 细胞模型中开展了实验，发现miR-494-3p 的表达升高，随后检测到 LC3 Ⅱ/Ⅰ表达。本课题组入选了 IPAH 患者和正常健康对照收集血浆进行miRNA microarray 筛选，结果提示存在miRNA 表达显著差异。随后另选6 例患者和6 例正常健康人收集全血进行转录组测序。我们在 TargetScan 数据库进行靶基因预测，发现miR-494-3p 可能调控SIRT3 表达，并且 miR-494-3p 在我们 miRNA microarray 的筛选中发现IPAH 患者与对照者血样本中存在显著差异。因此，我们在 PDFG-BB 诱导的人PASMC 模型中进行验证，发现 miR-494-3p 显著升高，为我们研究 SIRT3 的上游机制的基础之一。本课题实施中我们发现在 PDGF-BB 诱导的细胞模型中发现 LC3 Ⅱ/Ⅰ表达增加，miR-494-3p /SIRT3 通路可能为线粒体自噬途径中胰岛素抵抗异常发病机制的新探索, 为改善 PAH 糖代谢异常患者的预后提供新的理论基础及治疗靶点。