自噬在砷致血管内皮功能失调中的作用机制研究

Endemic arsenicosis is one of the key endemic diseases which threaten human health seriously. In recent years, the increase in arsenicosis patients with typical "Trilogy of skin" has been effectively controlled, however there are still some patients with persistent progression, especially the chronic diseases outside the skin, such as vascular diseases, which affect the quality of life seriously. At present, autophagy plays an important role in the maintenance of endothelial cell function. Combined with the applicant's findings in the last National Natural Science Project, NO content in the serum was significantly decreased and apoptotic rate of aortic endothelial cells was remarkably increased in rats exposed with high arsenic. Based on the above, we proposed a scientific hypothesis as followed: ①Autophagy can be induced by arsenic in vascular endothelial cells, when the level of autophagy increases, apoptosis is inhibited; whereas the level of autophagy decreases, apoptosis was promoted; ② Autophagy can lead to vascular endothelial dysfunction induced by arsenic; ③ Arsenic controls autophagy through impacting the expression of ULK1, Beclin1, LC3, p62 and regulating pathways of mTORC1, AMPK, Class III PI3K / PKB and others. We plan to testify the above hypothesis through experiments of in vivo and in vitro, to find important targets which regulating the autophagy of vascular endothelial cells induced by arsenic, and provide new ideas for the prevention and control of vascular diseases induced by arsenic.

地方性砷中毒严重威胁人类健康，是我国重点防治地方病之一。近年来，具有典型“皮肤三联症”的砷中毒患者的增加得到有效控制，但仍有部分患者病情持续进展，尤其是皮肤系统外的慢性迁延，如血管系统疾病，严重影响患者的生活质量。目前自噬在维持血管内皮细胞功能中发挥重要作用，结合申请者之前主持的国家自然科学基金研究中发现，亚慢性高砷暴露大鼠血清中NO含量明显降低，主动脉内皮细胞凋亡率显著增加。据此，提出以下科学假设：①砷能够导致血管内皮细胞发生自噬，当自噬水平增强时，抑制细胞凋亡；而当自噬水平降低时，促进细胞凋亡；②自噬影响砷致血管内皮功能失调；③砷通过影响ULK1、Beclin1、LC3、p62表达和调节mTORC1、AMPK、Class III PI3K/PKB 等途径调控自噬。本课题通过动物实验与细胞实验相结合，证明上述假设，发现调节砷致血管内皮细胞自噬的重要靶点，为砷致血管疾病的防治提供新的思路。

地方性砷中毒严重威胁人类健康，是我国重点防治地方病之一。近年来，具有典型“皮肤三联症”的砷中毒患者的增加得到有效控制，但仍有部分患者病情持续进展，尤其是皮肤系统外的慢性迁延，如血管系统疾病，严重影响患者的生活质量。项目主持人前期研究发现目前自噬在维持血管内皮细胞功能中发挥重要作用，结合申请者在之前主持的国家自然科学基金研究中发现，亚慢性高砷暴露大鼠血清中NO含量明显降低，主动脉内皮细胞凋亡率显著增加。据此，提出本课题假设。本课题研究内容包括：1）利用动物模型，研究自噬在砷致血管内皮细胞功能失调中的作用机制；2）建立体外砷致血管内皮细胞自噬模型，探讨砷致血管内皮细胞自噬分子机制。得到的重要结果如下：1）高砷诱导小鼠主动脉弓内皮细胞自噬，随着高砷暴露时长（3、6、9、12周）的增加，主动脉弓内皮细胞自噬水平显著升高；当暴露时长为9周或12周时，主动脉弓内皮受损明显，血清中NO含量显著降低，内皮功能发生明显失调，12周时内皮功能失调最明显。进一步建立自噬干扰动物模型，发现3-MA干预12周后，与单独染砷组相比，自噬水平显著降低，内皮损伤减轻，血管内皮功能得到一定的改善，p-AMPKα、p-mTOR、p-ULK1水平发生相应的改变。2）高砷诱导人原代脐静脉内皮细胞和小鼠原代主动脉内皮细胞自噬，内皮功能明显失调，自噬抑制剂3-MA干预后，血管内皮功能显著改善。机制研究发现，抑制人脐静脉内皮细胞p-AMPKα活性，自噬水平显著降低，内皮功能明显改善，mTOR和ULK1为作用靶点。此外，通过蛋白质磷酸化组学探讨影响小鼠主动脉内皮细胞自噬的关键蛋白及通路，发现Keap1-Nrf2通路可能通过影响自噬进程，从而在高砷致血管内皮功能失调中发挥作用。本课题发现了调节砷致血管内皮细胞自噬的重要靶点，为砷致血管疾病的防治提供新的思路。