β-羟丁酸激活claudin-5表达干预糖尿病心脏微血管病变的机制

The insufficient expression of tight junction protein claudin-5 can lead to endothelial hyperpermeability, which is the initiating process and pathological basis of diabetic micro-cardiovascular disease. Our pre-experiment shows that the intrinsic mechanism of the down-regulation of claudin-5 may be attributed to the high glucose-stimulated binding dysfunction of β-catenin to p300 and the gene promoter. β-hydroxybutyrate is a new-found small molecule that regulates gene expression, and it has satisfactory protective effects on cardiovascular system. Whether β-hydroxybutyrate activates claudin-5 by regulating β-catenin/p300 to have intervention effects in diabetic micro-cardiovascular disease? In this study, cardiac microvascular endothelial cells are adopted to perform experiments in vivo and in vitro. On the basis that β-hydroxybutyrate antagonizes the high glucose-induced insufficiency of claudin-5 expression, in the aspects of the binding activity of β-catenin to p300, the binding activity of β-catenin/p300 to claudin-5 gene promoter, and the enzyme activity of p300, the molecular mechanism and effect targets of β-hydroxybutyrate in regulating β-catenin/p300 to activate claudin-5 are further investigated to provide new thinking of the effective prevention and treatment of diabetic micro-cardiovascular disease in the initiating process.

紧密连接蛋白claudin-5表达不足，致内皮高通透性，是糖尿病心脏微血管病变的起始环节和病理基础。我们预实验发现，高糖刺激β-catenin与p300及基因启动子结合障碍，是claudin-5表达不足的核心。β-羟丁酸是新发现的基因调控小分子，具有良好心血管保护功能。那么在糖尿病微血管病变中，β-羟丁酸是否通过调控β-catenin/p300，激活claudin-5表达而起到干预作用呢？本研究采用心脏微血管内皮细胞进行体内、外实验，首先明确β-羟丁酸拮抗高糖所致claudin-5表达不足的基础上，从β-catenin和p300的结合活性；β-catenin/p300与claudin-5基因启动子的结合活性；p300的酶活性方面，深入研究β-羟丁酸调控β-catenin/p300，激活claudin-5表达的分子机制和作用靶点，在病变的起始环节，为糖尿病心脏微血管病变的有效防治提供新思路。

糖尿病时，微血管内皮细胞紧密连接受损，致细胞间通透性增高，是产生后续病理改变的基础。到目前为止，其内在机制尚未阐明，更无特效治疗手段。内源性小分子β-羟丁酸具有良好的心血管保护作用，那么，β-羟丁酸是否可通过激活内皮特异性claudin-5表达，改善内皮细胞间通透性，起到干预糖尿病心脏微血管病变的作用，未见报道。本研究采用起主要病理作用的心脏微血管内皮细胞进行体内、外实验，从关键转录因子β-catenin与共因子p300、HDAC1、HDAC3的结合活性及组蛋白修饰方面，探索β-羟丁酸激活claudin-5基因表达，发挥保护作用的机制。1. 首先创新性发现了β-羟丁酸主要通过抑制β-catenin与HDAC3的结合，引起特异性的组蛋白H3乙酰化修饰，激活claudin-5基因表达，改善内皮细胞间通透性，在病理过程的起始环节，起到干预糖尿病心脏微血管病变的作用。相关实验结果已整理成文，待投稿。2. 在糖尿病大鼠模型中，创新性发现了β-羟丁酸呈剂量依赖性的引起广泛而独特的β-羟丁酰化修饰，其中组蛋白β-羟丁酰化修饰，参与激活保护性VEGF、MMP-2等的表达，起到拮抗糖尿病大血管及微血管病变的作用。相关实验结果已整理成文，待发表。3. 进一步发现，β-羟丁酸可直接调控FOXO1的活性，改善糖尿病大鼠肝脏糖、脂代谢紊乱。相关实验结果已整理成文，待投稿。4. 探索了骨髓间充质干细胞定向诱导分化后，对糖尿病大鼠胰岛功能的修复作用，及β-羟丁酸干预效果的初步试验。相关实验结果申报专利1项，发表SCI论文1篇。本研究创新性发现了β-羟丁酸激活claudin-5，改善内皮细胞间通透性，干预糖尿病微血管病变的作用，并初步揭示了其引起组蛋白修饰，激活保护性基因表达的机制，为进一步探索β-羟丁酸引起关键调控分子等的修饰，发挥其保护作用的分子机制，打下了坚实的实验基础。同时探索了β-羟丁酸对糖尿病及其并发症干预的浓度范围和作用机制，为β-羟丁酸及其盐对糖尿病并发症、心血管病变及其拓展应用，提供重要的实验数据支持。