蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2调节血管内皮屏障通透性的生理意义及分子机制研究

The endothelium of vessels forms a dynamic and selective barrier, which is important for interstitial hemeostasis, inflammatory,angiogenesis and vascular remodeling. Injury in endothelium leads to a persistent increase of vascular permeability, inflammatory, leakage and sepsis. Adherens junctions of endothelial cells, comprising of vascular endothelial (VE)-cadherin and associated various catenins, contribute greatly the barrier function. Endothelial barrier is tightly regulated, among which posttranslational protein phosphorylation is important. Protein tyrosine phosphatase SHP2, which is ubiquitously expressed, is reported to be associated with adhesion molecules. However, the role of SHP2 in the vascular permeability in vivo remains elusive. Our priliminary data showed that mice with endothelial cell specific knockout SHP2 are embryonic lethal, which indicates that SHP2 plays a pivotal role in the vascular development and maturation. Therefore, we have three aims. The first is describing phenotypic details of endothelial cell specific SHP2 knockout mice. The embryonic lethality blocks our study about the SHP2 function in adult vasculature, so the second aim is creating adult inducible endothelial specific SHP2 knockout mouse line and study the vascular permeability. For the molecular mechanism, we will utilize HUVEC to in vitro study the effect of impaired SHP2 function on barrier function and adherens molecules expression and phosphorylation modifications. Our research will bring new lights for understanding leakage and clinical therapy.

血管内皮细胞形成一个动态变化，选择性通透的屏障系统，其与组织液的稳态，炎症的发生发展以及血管的新生与重构过程紧密相关。血管内皮损伤会引发血管通透性升高，直接导致出血及炎症反应，甚至是脓毒症。粘连分子VE-Cadherin与多种Catenins蛋白形成的复合物蛋白翻译后磷酸化修饰是一种重要的调控内皮屏障功能的手段。SHP2是一个普遍表达的胞内非受体型蛋白酪氨酸磷酸酶，其参与VE-Cadherin与Catenins复合物的磷酸化修饰的分子过程以及对内皮的屏障功能影响尚不十分清晰。我们前期开展的实验观察到血管内皮特异缺失SHP2导致小鼠胚胎出血和致死。本课题拟结合成年可诱导内皮敲除SHP2小鼠与人脐静脉内皮细胞，揭示SHP2在血管发育，成熟及维持血管内皮屏障稳态中的作用。本项目的成果将为水肿、出血以及炎症的发生提供诊断与治疗的新思路。

蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2在血管内皮中的功能已有不少研究，研究多集中在细胞水平的分析，而其在体内血管发育与稳态维持中的作用并不清楚。我们构建了多种SHP2内皮敲除小鼠模型，SHP2组成型缺失小鼠发生胚胎出血和致死，血管内皮细胞间连接减弱。在成年小鼠血管中诱导敲除SHP2，肺血管的通透性升高。这些结果明确了SHP2在血管发育成熟过程以及在成熟血管内皮屏障功能中的必不可少的作用。在细胞水平上，SHP2抑制或者是降低表达都破坏内皮细胞之间的连接和屏障功能，SHP2缺失增加VE-cadherin的内化，减少其在细胞膜上定位。在分子机制上，SHP2缺失使得MET的表达和活性升高以及ARF1的活性升高。抑制MET或者ARF1都能够有效缓解SHP2缺失造成的内皮细胞连接和屏障的破坏。更重要的是，MET或者ARF1的抑制剂有效延长SHP2敲除小鼠胚胎存活时间。这些结果明确了SHP2通过负向调控MET-ARF1信号，进而稳定VE-cadherin在细胞膜上定位以及内皮屏障。除了调控血管内皮屏障完整性外，SHP2还参与调控血管新生。SHP2诱导内皮敲除小鼠进行皮下荷瘤实验，与对照小鼠比，敲除小鼠身上的肿瘤体积小，血管少，血管外周标志物表达减弱。目前SHP2调控肿瘤血管新生的分子机制仍在研究中。除了SHP2在血管内皮中的功能外，还研究了SHP2在巨噬细胞中的作用。巨噬细胞SHP2敲除的老年小鼠的肺表现为肺气肿样病变。SHP2缺失巨噬细胞特异地增加MMP12的表达，后者破坏肺组织。在分子机制上SHP2调控TGFβ1-Smad2/3信号，该信号负向调控MMP12的表达。.综上，通过完成本项目，我们明确了SHP2调控血管内皮屏障的功能及分子机制。建立了血管生物学研究系统，为进一步研究磷酸化修饰在血管及血管病变中的作用提供很好的基础。