氢分子影响动脉粥样斑块稳定性及其巨噬细胞内质网应激凋亡途径的分子机制

Stabilization of vulnerable plaques is an important direction in the treatment of cardiovascular and cerebrovascular disease. Our previous work, which published in "Atherosclerosis", has reported that hydrogen, an emerging anti-oxidative and anti-apoptotic gas, inhibits the inflammation process and macrophage accumulation in atherosclerotic lesions, indicating that hydrogen might have an effect on plaque stability. However, the molecular mechanisms remain elusive. Given the fact that our previous work confirmed oxidized low density lipoprotein-induced endoplasmic reticulum stress (ERS) mediates macrophage apoptosis, we hypothesized that hydrogen might regulate atherosclerotic plaque stability by inhibiting ERS-induced macrophage apoptosis. In this study, we aim to determine the effects of hydrogen on atherosclerotic plaque stability and confirm whether hydrogen regulates plaque stability by inhibiting the apoptosis of macrophage-derived foam cells in the models of apolipoprotein E knockout mouse and macrophage cell line. Moreover, we try to demonstrate whether hydrogen inhibits the apoptosis of macrophages by regulating the expressions of several ER stress-associated proteins, including C/EBP-homologous protein (CHOP) and caspase-12. We hope to provide the experimental basis for the application of hydrogen in stabilizing vulnerable plaques and reducing acute cardiovascular events.

稳定动脉粥样硬化（AS）斑块是抑制心脑血管病急症的重要手段。我们的前期工作发现，氢分子作为新兴的抗氧化和抗凋亡气体物质，能抑制AS斑块处的炎症反应和巨噬细胞聚集（发表在2012年"Atherosclerosis"杂志），提示氢分子能影响斑块稳定性。但氢分子抑制斑块稳定性的分子机制并不清楚。结合我们既往研究曾发现氧化低密度脂蛋白诱导的内质网应激（ERS）途径介导了巨噬细胞凋亡的事实，我们提出氢分子可能通过抑制巨噬细胞ERS的凋亡途径，进而影响AS斑块的稳定性。本项目拟在载脂蛋白E基因敲除AS模型鼠和巨噬细胞模型上，探讨氢分子对AS斑块稳定性的影响及氢分子对巨噬源性泡沫细胞凋亡的调控作用及其与AS进展的关系，并研究氢分子对CHOP和caspase-12等内质网凋亡相关分子表达的影响及其与巨噬细胞凋亡的关系。期待为氢分子应用于促进斑块稳定性减少心脑血管病急性事件提供坚实实验基础。

动脉粥样硬化（AS）易损斑块突发破裂是急性冠脉综合征的重要病理生理基础。易损斑块的特征主要是脂质核大、纤维帽薄、斑块内新生血管形成和大量炎症细胞的积聚等。斑块易损性是决定斑块破裂的内在因素，近年来报道内质网应激（ERS）可能参与易损斑块的形成和破裂。ERS可导致巨噬细胞凋亡，从而引起AS斑块不稳定性增高。本实验利用低密度脂蛋白受体敲除（LDLR-/-）小鼠动脉粥样硬化斑块模型，在斑块形成的基础上观察氢气分子(H2)对斑块不稳定性的影响以及可能的机制。结果发现，H2干预可增强动脉粥样硬化斑块稳定性，其机制可能与 H2改善高脂饮食诱导的内质网应激反应和上调Nrf2抗氧化途径相关。论文已发表至Free radical biology and medicine杂志。.基于我们前期结果发现氢分子可改善apoE-/-小鼠和金黄地鼠血脂，我们进一步开展了人群试验，我们选取了20例代谢综合征患者，观察饮用富氢水（0.9-1.0L/日）对血清脂蛋白含量、成分及生物活性的影响。人群前后对照试验结果表明，连续饮用10周富氢水可降低代谢综合征患者血清总胆固醇（TC）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平。此外，氢分子可显著改善高密度脂蛋白（HDL）功能，包括（i）抑制低密度脂蛋白氧化损伤；（ii）抑制TNF-α诱导的单核细胞黏附内皮细胞；（iii）促进同位素3H标记的胆固醇由泡沫细胞溢出；（iv）保护TNF-α诱导的血管内皮细胞凋亡。结果已发表在Journal of lipid research杂志。.鉴于上述“氢分子改善代谢综合征患者血脂”的人群试验结果为前后对照试验，无严格安慰剂对照组，我们又开展了随机双盲安慰剂对照试验进一步验证富氢水（900 ml/日）对血清脂蛋白含量、成分及生物活性的影响。目前论文已发表在JOURNAL OF CLINICAL ENDOCRINOLOGY & METABOLISM杂志。.除此外，基于吸烟可改变血脂谱且抑制体内的胆固醇逆向转运，我们的研究发现，氢气干预可显著减轻吸烟诱发的这一过程。论文已发表在Lipids in Health and Disease杂志。