AMPK/mTOR 信号通路在肺动脉高压发病中的分子机制及其干预

Recent study suggests that the abnomal AMPK/mTOR signaling pathway is related to the development of pulmonary artery hypertension, yet its molecular mechanisms leading to the development of pulmonary vascular remodeling are still unclear. In this study we will examine following hypothesis: (1) whehter the impairment of AMPK function leads to vascular remodeling and the development of pulmonary hypertension; (2) whether AMPK inhibits mTOR cascades and further downregulates the expression of Skp2 to inhibit UPS mediated p21/p27 degradation leading to the suppression of proliferation of pulmonary vascular smooth muscle cells; (3) whether AMPK inhibits MMP2/9 production via suppresion of mTOR leading to the inhibition of extracellular matrix remodeling;(4) whether activation of AMPK can serve as a new target to suppress the develoment of pulmonary hypertension in animal model via regulation of mTOR-Skp2/p21/p27-MMP2/9. We will test above hypothesis from primary cultrued pulmonary artery smooth muscle cells and animal model of pulmonary artery hypertension induced by hypoxia and monocrotaline, and further address their molecualr mechanisms. The present study will provide new theretical and expremental evidences and targets to the treatment of pulmonary artery hypertension.

新近的研究提示 AMPK/mTOR 信号通路异常与肺动脉高压的发生相关，但其导致肺血管重塑、诱发肺动脉高压的分子生物学机制尚不清楚。本研究将探讨（1） AMPK 功能受损是否诱发肺血管重塑，导致肺动脉高压；（2）AMPK 是否通过抑制 mTOR 通路，下调 Skp2 表达，抑制泛素蛋白酶系统（UPS）介导的细胞周期抑制蛋白 p21, p27 的降解，抑制肺动脉平滑肌细胞的增殖；（3）AMPK 是否通过抑制 mTOR 功能，下调 MMP2/9 的表达，抑制细胞外间质重塑；（4）激活 AMPK 是否可作为新的治疗靶点，通过调控 mTOR-Skp2/p21/p27-MMP，预防及治疗动物模型中肺动脉高压的发生。本研究将从原代培养的肺动脉平滑肌细胞及低氧、野百合碱诱发的肺动脉高压动物模型两个方面验证我们的假设，并探讨其分子生物学机制，本研究将为肺动脉高压的治疗提供新的理论基础、实验依据、治疗靶点。

肺动脉平滑肌细胞增殖及细胞外间质聚集导致的肺血管重塑是肺动脉高压发生的关键病理基础。本研究探索肺动脉平滑肌细胞增殖的分子基础及增强 AMPK 活性抑制肺动脉平滑肌细胞增殖的作用及机制，并在肺动脉高压动物模型中验证，以期为肺动脉高压的治疗提供理论及实验依据。本研究结果提示：（1）在原代培养的大鼠肺动脉平滑肌细胞中，沉默 AMPKa2 表达，可释放其对 mTOR 活性的抑制， 进而上调 Skp2 表达, 降低 p27 蛋白水平，促进肺动脉平滑肌细胞增殖；（2）在 PDGF 刺激的肺动脉平滑肌细胞中，PI3K/Akt 信号通路活性增强，mTOR 活性增加，导致 Skp2 表达升高，促进了 p27 蛋白泛素化降解，从而刺激了细胞增殖；若以二甲双胍预先激活 AMPK，可抑制 PDGF 刺激的肺动脉平滑肌细胞增殖，其机制与 AMPK 抑制 mTOR 活性，逆转 Skp2/p27 蛋白水平变化相关；（3）在野百合碱诱导的肺动脉高压动物模型中，AMPK 活性不足，肺动脉平滑肌细胞增殖导致的肺血管重塑，肺血管组织中 Skp2 蛋白水平升高，p27 蛋白水平降低，若在诱发肺动脉高压模型过程中给予二甲双胍治了，则可增强 AMPK 活性，逆转 Skp2 的升高，升高 p27 水平，从而抑制肺血管中肺动脉平滑肌细胞增殖及肺血管重塑的发生，预防了肺动脉高压的发生发展；（4）在野百合碱诱导的肺动脉高压动物模型中，AMPK 活性不足， 肺血管中细胞外胶原组织增多，肺血管组织中 MMP2/9 的活性增加，TIMP1 蛋白水平亦升高，若在诱发肺动脉高压模型过程中给予二甲双胍治疗，则可逆转 MMP2/9 活性的增加，降低 TIMP1 蛋白水平，抑制肺血管细胞外间质的异常聚集，从而抑制肺血管重塑的发生，预防及治疗肺动脉高压的发生及进展；（5）在野百合碱诱发的肺动脉高压动物模型中， NF-κB 活性增加，进而激活肺血管中自噬活性，导致 RND3 降解， 诱发肺动脉平滑肌细胞增殖及肺血管重塑； 若预先以二甲双胍激活 AMPK，可抑制 NF-κB 激活，从而抑制自噬及 RND3 的降低，抑制肺动脉平滑肌细胞增殖及肺血管重塑，抑制了肺动脉高压的发生及发展。