模拟失重通过p53/AMPK/mTOR通路诱导自噬调节血管内皮细胞功能

Cardiovascular deconditioning induced by weightlessness can adversely affect the health of astronaut, lower performance of physical work and endanger the safety of spaceflight. However, the underlying mechanisms are multifactorial and remain to be fully elucidated. Literatures and our previous data showed that changes of endothelial cells resulted in alteration of vascular function induced by micrograty. Our recent works showed that simulated microgravity activated autophagy of vascular endothelial cells and increased p53 expression. Evidences indicated that the activation of autophagy plays imptortant roles in regulating endothelial cells functions. Therefore, we speculate that simulated microgravity regulates endothelial cells function by p53/AMPK/mTOR activating autophagy. In this study, we employ the clinostat and tail-suspended rats to simulate microgravity. Based on our previous studies, we explore the changes of autophagy in vitro and in vivo induced by simulated microgravity, and investigate the roles of autophagy activation in alterations of endothelial cells functions induced by simulated microgravity. We further investigate the role of p53/AMPK/mTOR in regulation of autophagy activation by simulated microgravity in endothelial cells. Our finding might help to know the possible mechanism of the cardiovascular dysfunctions induced by microgravity and provide some theoretical basis to the protection of postflight orthostatic intolerance.

失重导致的心血管功能失调是长期航天飞行中危害航天员健康的重要问题之一，其发生涉及多重复杂机制，文献和我们前期研究工作表明，血管内皮细胞功能异常在失重致心血管功能失调中发挥重要作用。我们最近研究发现，模拟失重可引起血管内皮细胞自噬增强，p53表达增高，而自噬的激活与血管内皮细胞功能密切相关，提示失重可能通过激活p53及其下游分子诱导细胞自噬调控血管内皮细胞功能。本课题拟在此基础上，采用回转器模拟失重培养血管内皮细胞、尾悬吊复制大鼠失重模型，从细胞和整体动物水平证实自噬在失重致血管内皮细胞功能异常中的作用，进一步明确p53/AMPK/mTOR交互作用在失重条件下血管内皮细胞自噬激活中的调控机制。本研究将有助于深化对失重致心血管功能失调机制的认识，为失重致航天员心血管功能失调的防护提供新的思路和理论指导，具有重要的理论和实际意义。

失重导致的心血管功能失调是长期航天飞行中危害航天员健康的重要问题之一。以往研究表明，血管内皮细胞功能异常在失重致心血管功能失调中发挥重要作用。我们前期研究发现，模拟失重可引起血管内皮细胞自噬增强，p53表达增高，而自噬的激活与血管内皮细胞功能密切相关，提示失重可能通过激活p53及其下游分子诱导细胞自噬调控血管内皮细胞功能。本项目在此基础上，采用回转器模拟失重效应培养血管内皮细胞，尾悬吊大鼠模型模拟失重效应，从细胞和整体动物水平证实自噬在失重致血管内皮细胞功能异常中的作用，进一步明确p53/AMPK/mTOR通路在失重条件下血管内皮细胞自噬激活中的调控机制。动物实验结果表明，模拟失重引起的大鼠血管结构和功能分化适应与自噬有关，28天尾悬吊模拟失重效应可诱导大鼠股动脉自噬增强，而颈总动脉自噬无明显变化。细胞学实验结果表明，模拟失重诱导的血管内皮细胞功能变化与自噬激活密切相关，回转模拟失重效应48h可引起人脐静脉内皮细胞（HUVEC）增殖、迁移和血管生成能力增强，自噬活性增强，并部分抑制细胞凋亡。进一步实验发现，回转模拟失重效应通过p53降低mTOR活性诱导静脉内皮细胞自噬增强而不依赖于AMPK，模拟失重条件下胞质中p53通过与HDM2结合后在26S蛋白酶体降解，进而抑制mTOR活性激活自噬。本项目的主要创新点是：①发现回转模拟失重效应通过诱导血管内皮细胞自噬增强，从而部分抑制细胞凋亡，促进内皮细胞迁移和血管生成。②阐明了回转模拟失重效应诱导自噬的机制为胞质中p53与HDM2结合后在蛋白酶体被降解，进而降低mTOR活性，激活自噬。本项目共发表论文12篇，其中SCI论文3篇，最高影响因子5.965，在国内外学术会议交流论文9篇，主编出版专著1部，授权发明专利1项，培养研究生4名。本项目进一步丰富了失重细胞生物学理论，有助于深化对失重致心血管功能失调分子调控机制的认识，为明确失重条件下血管效应干预靶点提供了理论依据。