USP7去泛素化p300促进COPD内皮祖细胞衰老的机制研究

Endothelial progenitor cell(EPC) is the precursor of endothelial cell and plays a fundamental role in the vasculogenesis, re-endothelialization, tissue regeneration and repairmen. Our previous study demonstrated that the decreased number and dysfunction of EPCs due to EPCs senescence induced by cigarette smoking promoted COPD progress. Ubiquitin-proteasome system can be activated by cigarette smoking, and ubiquitination and deubiquitination are reversible. Our preliminary experiments showed that histone acetyltransferase p300 protein level in bone marrow EPCs derived from COPD mouse model was increased and involved in the regulations of senescence associated genes expression. p300 protein level in EPCs which intervened by the inhibitor of deubiquitinating enzyme USP7 in vitro was decreased, while p300 mRNA level was unchanged. Thus, we hypothesize that cigarette smoking could activate USP7 which deubiquitinates p300, and the deubiquitinated p300 promotes the senescence of EPCs in COPD. To prove this hypothesis, we will investigate the mechanism in COPD patient, COPD animal model and EPCs, that p300 is deubiquitinated by deubiquitinating enzyme USP7, and then promotes EPCs senescence. The completion of this study may represent a new therapeutic option in the treatment of COPD.

内皮祖细胞（endothelial progenitor cell, EPC）是内皮细胞的前体细胞，在血管生成、再内皮化、组织再生和修复等方面发挥重要作用。前期研究证实，吸烟诱导EPCs衰老导致其数量和功能的减退推动COPD 的发生发展。吸烟可激活泛素-蛋白酶体降解途径；同时，蛋白质泛素化和去泛素化是一个可逆的过程。我们预实验显示，COPD小鼠模型的骨髓EPCs中组蛋白乙酰转移酶p300蛋白表达上调，且参与调控内皮祖细胞衰老相关基因的表达；去泛素化酶USP7抑制剂体外干预EPCs导致p300蛋白表达下调，而mRNA无明显变化。故推测吸烟可通过激活USP7去泛素化p300，稳定其蛋白表达，从而促进内皮祖细胞衰老，参与COPD 的发生发展。本研究拟从COPD患者、动物模型和细胞水平探讨USP7去泛素化p300，稳定其蛋白表达，促进内皮祖细胞衰老的机制，为COPD治疗寻找新靶点和方法。

慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD)是一种慢性常见疾病，其患病率、致残率、致死率及其所导致的社会负担逐年增加，已成为一个重要的公共卫生问题。目前普遍认为吸烟是导致 COPD的最重要因素，但其发病机制尚未完全阐明。生物体衰老的九项特征包括基因组失稳、端粒损耗、表观遗传学改变、蛋白质稳态丧失、营养素感应下调、线粒体功能障碍、细胞衰老、干细胞耗竭和细胞之间通讯改变。COPD被认为是一种肺部早衰疾病。本项目组的前期研究已证实，吸烟相关COPD存在EPCs衰老及EPCs的逐渐耗竭。已有研究表明，吸烟可激活泛素-蛋白酶体途径。蛋白质泛素化修饰是蛋白质降解的信号，是一个可逆的过程，去泛素化酶可将泛素分子从底物蛋白上去除，从而稳定底物蛋白的表达，进一步激活下游因子的表达。本项目以泛素-蛋白酶体系统和表观遗传学的交叉研究为手段，从COPD患者、动物模型及体外细胞培养入手，涵盖了泛素化、乙酰化以及磷酸化等不同组蛋白修饰形式在内皮祖细胞衰老中的参与表现，从DNA、mRNA、蛋白水平，全方位地探讨了乙酰转移酶p300通过调控衰老相关基因转录在COPD内皮祖细胞衰老中的重要作用，进一步研究去泛素酶USP7调控p300蛋白降解的分子生物学机制，首次报道了p300/Sp1/p16以及USP7/p300-p53/p21两条通路的活化具有促进EPCs衰老的效应，EPCs的衰老可诱导和加剧慢性阻塞性肺疾病的发生和发展。该研究结果打开了COPD 中EPCs衰老分子生物学机制研究的新视野和新领域。