新型硫化氢缓释剂GYY4137对糖尿病动脉粥样硬化的影响及机制研究

Diabetes is one of the important risk factors for atherosclerosis，the molecular mechanisms of diabetes how to exacerbate or induce atherosclerosis have not been fully eucidated,oxidative stress may play key roles in the pathogenesis of this process. Hydrogen sulfide (H2S), as a gaseous signal molecule, plays an important role in cadiovascular diseases. However, there are no published data so far on the potential effect of H2S on the accelerated atherosclerosis in diabetes. In present, NaHS as a donor of H2S was used in vitro and in vivo studies, however NaHS dissolved in water can rapidly release a large number of H2S, which has the cytotoxic effect. Newly synthesized H2S donor GYY4137 can release H2S slowly and sustainedly in vivo and vitro. Therefore, it has a range of potential clinical value. Our preliminary experiments showed that GYY4137 can reduce the level of reactive oxygen species induced by hydeogen peroxide in endothelial cells, inhibit the formation of foam cells and down-regulate the activity of nuclear factor kappa B (NF-κB). Futhermore, the present project is to explore whether GYY4137 can increase the downstream antioxidant protein levels, thereby scavenge oxygen free radicals effectively, reduce the level of oxidative stress and downregulate NF-κB and related proinflammatory cytokines through activating the Nrf2 signaling pathways to retard the development of diabetic atherosclerosis, which provide more effective drugs and therapeutic targets for diabetic atherosclerosis.

糖尿病是动脉粥样硬化（AS）重要的危险因素、关于其加剧或诱发AS的分子机制尚未完全阐明，其中氧化应激可能起着关键作用。硫化氢（H2S）作为一种气体信号分子，在心血管疾病中起着重要的调控作用，但关于其在糖尿病加剧或诱发AS的进程中是否有拮抗作用，目前尚无报道。目前，NaHS作为H2S的主要供体用于体内外研究中，然而NaHS溶于水后迅速大量释放H2S，具有细胞毒性作用，而新近合成的H2S缓释剂GYY4137，可以缓慢低浓度释放H2S，具有潜在的应用价值。我们的预实验显示，GYY4137可明显降低由过氧化氢所诱导的内皮细胞内活性氧水平的升高，抑制泡沫细胞的形成及NF-κB核转位。因此本项目拟从整体动物和离体细胞水平，来探讨GYY4137是否通过影响Nrf2信号转导通路，引起下游抗氧化蛋白水平增加，从而有效清除活性氧、减轻氧化应激水平、下调NF-κB及相关促炎因子，来延缓糖尿病AS的发生发展。

糖尿病是最早被公认的动脉粥样硬化（AS）的重要危险因素之一，糖尿病患者动脉粥样硬化性疾病（如冠心病，中风，外周血管疾病等）的发病率明显增加。氧化应激在糖尿病AS的发病中起着关键的调控作用。硫化氢（H2S）具有强大的抗氧化及抗炎作用，但关于其在糖尿病动脉粥样硬化（AS）进程中是否有拮抗作用，目前尚不明确。因此本项目从整体动物水平（采用STZ处理LDLr-/-小鼠饲以高脂饲料构建糖尿病AS动物模型）和离体细胞水平（采用高糖高脂孵育巨噬细胞和内皮细胞来构建糖尿病AS细胞模型）两个方面，运用分子生物学和形态学等技术进行H2S 缓释剂GYY4137对糖尿病AS的影响及可能机制的研究。油红O、HE染色及免疫荧光结果显示GYY4137可明显减轻STZ诱导的LDLr-/-小鼠主动脉内斑块面积，降低主动脉斑块上巨噬细胞的浸润。DHE染色、免疫荧光技术及RT-PCR检测结果显示GYY4137可降低STZ诱导的LDLr-/-小鼠主动脉环ROS水平，下调粘附分子ICAM-1、VCAM-1的mRNA水平，并上调Nrf2及HO-1的表达。而GYY4137对LDLr-/-Nrf2-/-小鼠模型并没有明显的保护作用。细胞水平结果显示GYY4137（50、100µmol/L）可明显抑制高糖+oxLDL诱导的泡沫细胞的形成，降低巨噬细胞和内皮细胞内ROS水平、促进Nrf2核转位、上调HO-1 mRNA及蛋白水平，降低内皮细胞内ICAM-1、VCAM-1 mRNA及蛋白水平。提取Nrf2-/-小鼠腹腔巨噬细胞或者采用siRNA沉默内皮细胞内Nrf2后，GYY4137抑制泡沫细胞形成及ROS水平的作用消失。进一步机制研究显示，H2S可通过硫巯基修饰Keap1上半胱氨酸151位点，促进Nrf2与Keap1解离，从而增加Nrf2核转位，降低内皮细胞氧化应激水平。综上所述，我们的研究表明，H2S可能通过硫巯基修饰Keap1，促进Nrf2核转位，增加下游抗氧化蛋白HO-1水平，减轻氧化应激水平来逆转内皮功能紊乱，抑制脂质集聚从而延缓糖尿病动脉粥样硬化（AS）。该项研究为糖尿病AS的发病机制提供了坚实有效的科学证据，为糖尿病AS的的预防与治疗提供了新的药物靶点，丰富了H2S的作用机制，为H2S缓释剂GYY4137的药理作用提供了更好的实验与理论支持，具有重要的科学意义和潜在的临床应用价值。