PI3K和mTOR双重抑制在低氧诱导的肺动脉高压血管重构中的作用和机制的研究

Pulmonary vascular remodeling is the pathologic basis in hypoxic pulmonary hypertension which includes the endothelial dysfunction, the abnormal hyperplasia of smooth muscle cell, fibroblasts and myofibroblasts, and the excessive deposit of extra cellular matrix. The further research about regulating system targeting the multiple cellular components is appealed. We aim to discuss the effect of dual inhibition of PI3K and mTOR in vascular remodeling and right ventricular hypertrophy in hypoxia induced pulmonary hypertension and its mechanism. Previous work showed that inhibition of mTOR can inhibit the proliferation, migration, phenotype transition and collagen secretion in epithelial cell, and the similar result by inhibitor of PI3K in fibroblast. The hypothesis is dual inhibition of PI3K and mTOR is of importance in hypoxia induced pulmonary hypertension. The research includes: 1) the proliferation, migration, phenotype transition and collagen secretion of endothelial cell, smooth muscle cell and fibroblast induced by hypoxia, and the signaling pathway；2) the effect of dual inhibition of PI3K and mTOR in vascular remodeling and right ventricular hypertrophy in hypoxia induced pulmonary hypertension and its mechanism. The fulfillment of the study will broaden our knowledge about molecular and pathological mechanism of hypoxic pulmonary hypertension and be helpful to seek new therapeutic target.

肺血管重构是低氧肺动脉高压的病理基础，表现为血管内皮细胞功能失调、平滑肌细胞、成纤维细胞和肌成纤维细胞过度增生与细胞外基质异常沉积，针对上述多种细胞组分的调控机制进行深入研究具有重要意义。本课题拟针对多种细胞组分探讨PI3K和mTOR双重抑制在肺动脉高压血管重构中的作用。前期工作发作mTOR抑制剂可以抑制上皮细胞的增殖、迁移、表型转化及细胞外基质蛋白的分泌；PI3K的抑制剂可以抑制成纤维细胞的上述生物学作用。推测PI3K和mTOR双重抑制在改善肺动脉高压血管重构中具有重要作用。研究内容包括：1)低氧诱导的内皮细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞的增殖、迁移、表型转化、细胞外基质分泌情况及PI3K/Akt/mTOR信号通路的变化；2) PI3K、mTOR双重抑制对于低氧诱导的肺动脉高压的血管重构和右心负荷的影响，并探讨其可能机制。本项目的完成将有助于深入了解低氧肺动脉高压肺血管重构的发病机制。

肺动脉高压是一种预后不良的疾病，在我国因各种肺部慢性疾病引起的低氧性肺动脉高压（HPH）近年来呈上升发病趋势。PI3K/Akt/mTOR 信号通路作为细胞内重要信号转导通路之一，通过影响细胞的增殖、迁移、凋亡以及蛋白合成、细胞周期、炎症活动等活性参与肺动脉血管重塑以及低氧性肺动脉高压的形成。肺动脉外膜成纤维细胞（PAF）对HPH的作用近年来得到学者重视。本项目通过化学低氧诱导剂氯化钴或者气体低氧（1%O2）诱导大鼠原代PAF，并应用PI3K/mTOR相关抑制剂作用于PAF的细胞活动；通过建立HPH大鼠模型，进一步应用PI3K/mTOR双重抑制剂NVP-BEZ235干预动物模型，评价其对于HPH大鼠模型肺动脉细胞增殖、迁移、表型转化、炎症水平等影响。结果证实：（1）氯化钴与气体低氧对于PAF的作用有着显著差异，气体低氧可以显著增强PAF的增殖活性、迁移能力及向肌成纤维细胞转化能力，而氯化钴诱导的化学低氧不能引起PAF上述特性；（2）使用PI3K/Akt/mTOR通路抑制剂可以显著抑制PAF的增殖活性、迁移能力、向肌成纤维细胞转化等细胞活动，其中PI3K/mTOR双重抑制剂NVP-BEZ235的作用优于PI3k或mTOR单靶点抑制作用；（3）在构建的HPH大鼠模型中证实，NVP-BEZ235可以显著抑制大鼠的血管重塑、右心室压力、右心室重塑情况；（4）NVP-BEZ235可以缓解HPH大鼠模型的血管壁增粗及胶原基质沉积，提示PI3K/mTOR抑制可以有效抑制血管中膜平滑肌细胞增殖、外膜PAF的增殖和分泌活动；（5）NVP-BEZ235可以有效抑制肺小血管周围炎症反应及肥大细胞的聚集和脱颗粒现象，提示其可能参与抑制HPH的炎症机制；（6）HPH大鼠血清VEGF水平在PI3K/mTOR双重抑制作用下可以得到显著降低。以上主要研究结果均表明PI3K/mTOR双重抑制可以通过抑制细胞增殖、迁移、表型转化、炎症反应等过程缓解低氧条件诱导的肺血管重塑及肺动脉高压的形成。本研究以PI3K/mTOR通路为作用靶点，国内外均较早应用NVP-BEZ235对于PAF及HPH动物模型的作用及作用机制，研究结果为深入了解HPH的病理机制及探求药物作用靶点提供新的理论和实验依据，而PI3K可能成为干预HPH的新的药物靶点，本项目研究也为相似抑制剂药物在HPH的相关应用提供了基础与借鉴。