糖尿病导致的血管内皮损伤机制的研究

Vascular endothelial damage and dysfunction eventually lead to atherosclerosis and thrombosis. Alternations in surface features in endothelium e.g. microvilli represent such EC dysfunction in response to metabolism stress, inflammatory factors and mechanical stimulation. Visualizing these key surface process on the nanoscale enables to dissect the signal transduction and regulation in EC and/or between EC and smooth muscles within blood vessel. SICM is therefore chosen as the unique tool to monitor the surface dynamics of ECs and/or smooth muscles in response to stress. In our pilot study, exfoliation of endothelial cells along blood vessel in db/db mice is severe and it is revealed by SICM. The presence of microthrombus in the mesenteric artery and alternations in TT, APTT and FG confirms the consequence of damage of endothelium in db/db mice. High glucose in combination with inflammatory factors e.g. IFN-r, IL1b, TNFa initiates the endothelium apoptosis by reflecting with increase of DNA fragmentation, Tunel positive and vWF positive staining. Additionally, endothelium exfoliation in a long term (days) results in neointima formation due to the up-regulation of 5HTT on smooth muscle cells. Damage of endothelium breaks the balance of 5HTT in SMC and results in neointima formation. In this study, we aim to investigate the metabolism state in EC and its alternations due to high glucose and inflammation. Within these process, what is the role and function of mitochondria? How the signals between EC and SMC communication maintain the homeostasis of blood vessel and cause pathological change under the metabolism stress e.g. diabetes. Our expected results may be eventually provide a strategy to illuminate the mechanisms of vascular endothelial damage in type 2 diabetes.

血管内皮破坏及功能失调是糖尿病患者发生动脉粥样硬化及血栓形成的重要原因。采用扫描离子电导显微镜(SICM)可在纳米尺寸对细胞表面进行动态观测，直观检测表面微结构变化，间接反应细胞表面功能单位的信号调节和变化。我们前期通过SICM发现2型糖尿病模型db/db小鼠发生明显主动脉内皮损伤，而采用高糖及炎症因子培养离体血管可以重现内皮损伤。我们知道血管内皮细胞高度依赖糖酵解供能，但糖酵解产物对内皮功能的影响、以及线粒体在血管病变过程中的功能作用均不明确。因此，本课题将通过新型SICM技术检测在体血管内皮表面微结构的动态变化，由此探究2型糖尿病血管内皮损伤的机制和病理变化，在探索糖酵解相关产物对内皮细胞的损伤作用以及线粒体在血管内皮中的功能作用的同时，着重研究高糖促进IL-1β成熟及分泌进而引起内皮炎症反应并最终导致内皮损伤脱落的重要机制，为临床保护血管内皮从而防治糖尿病血管并发症提供新的药物靶点。

在实际完成的研究工作中，我们探索了MCT4在高糖及白介素1β诱导的人脐静脉血管内皮细胞凋亡过程中的作用。我们发现，糖尿病小鼠主动脉内皮发生严重损伤。进一步研究发现高糖和白介素1β可以使得MCT4表达下调、上膜减少，进而导致细胞内乳酸堆积，促使细胞凋亡。而敲除正常内皮细胞的MCT4后，同样导致了细胞内乳酸的堆积以及PH值的下降，说明高糖及白介素1β通过调控MCT4诱导内皮细胞凋亡。.我们也针对内皮细胞的修复以及血管新生按计划完成了研究。VEGF可以促进血管新生来治疗缺血性疾病，而在临床中因为它的副作用难以应用。我们研究发现Glycine可以显著促进血管新生及线粒体功能。VEGF可以通过激活Glycine转运体从而增加细胞内Glycine浓度。Glycine可以直接结合线粒体外膜上的VDAC1通道并抑制其开放。这为血管新生提供了一个新的方向，为将来疾病治疗提供了新方向。.我们建立了通过扫描离子电导显微镜（SICM）观察活细胞表面超微结构的检测方法，重点研究了胰岛素对肾小管上皮细胞表面微绒毛的调控及其作用机制。研究结果显示，肾小管上皮细胞表面存在两层微绒毛结构，一种微绒毛短促，数量多；另一种微绒毛更长，形成网状结构。不同细胞间通过网状结构的微绒毛形成联通。胰岛素刺激能够促进微绒毛伸长，进而使短促的微绒毛转化为网状结构的微绒毛。我们发现胰岛素的这一作用是通过insulin/PLC信号通路实现。该研究为胰岛素引起肥胖的分子机制提供了一种全新的解释，这为对降糖药的研发和使用具有指导意义。.最后，项目进展过程中我们也发现了一个新的研究方向。囊性纤维化是由囊性纤维化跨膜传导调节因子CFTR单基因突变导致，50%成年及19%少年囊性纤维化患者不明原因的并发胰岛素耐受型糖尿病（CFRD）。我们的实验结果首次发现CFTR功能缺失可以抑制胰岛素刺激引起的葡萄糖转运体glut4上膜，并且发现了CFTR通过PI（4，5）P2调控glut4向细胞膜转运的具体机制。这加深了我们对于CFRD病因的认识，有可能成为以后临床中治疗CFRD的靶点。