SUMO特异性蛋白酶SENP3在糖尿病视网膜病变发病中的作用及其分子机制

Early nonproliferative stages of diabetic retinopathy are characterized by retinal microvascular damage which is leaded by leukocyte adhesion. This study investigated the role of ROCK1 desumoylation mediated by SENP3 in leukocyte adhesion in diabetic retinopathy. We have demonstrated that a high concentration of glucose increased the expression of the Sentrin/SUMO-specific protease 3 (SENP3). Furthermore, the SENP3 siRNA and Flag-ROCK1 mutant will be created and transfected to the retinal endothelial cells and diabetic mouse. Then we will study the role of ROCK1 sumoylation/desumoylation in the SENP3-regulated leukocyte adhesion under high glucose conditions. Understanding the role of SENP3 in the pathogenesis of high glucose will help elucidate important targets for future pharmacological interventions.

糖尿病视网膜病变（DR）早期主要表现为视网膜血管渗漏和无灌注，这些改变与白细胞粘附聚集密切相关。我们新近发现，高糖下视网膜血管内皮细胞及小鼠视网膜中苏木（SUMO）蛋白酶SENP3累积，促进细胞间粘附分子生成，且SENP3可以去SUMO化与白细胞粘附密切相关的酶--Rho相关卷曲蛋白激酶-1（ROCK1）。这些结果提示高糖中SENP3可能通过去SUMO化修饰，激活ROCK1，促进白细胞粘附，导致DR发生发展。我们将以这些前期发现为基础，首先构建SENP3 基因敲低载体，干预糖尿病小鼠模型，观察其对白细胞粘附及血-视网膜屏障损伤的作用；其次，寻找ROCK1的SUMO化位点，构建ROCK1 SUMO突变体，干预高糖孵育的内皮细胞，观察SENP3介导的去SUMO化修饰对ROCK1激活及视网膜血管内皮细胞损伤的作用。本研究将揭示SENP3在DR发病过程中的作用及分子机制，可为DR早期防治提供依据。

糖尿病视网膜病变（DR）的早期防治是亟待解决的公共卫生问题，其早期病理改变主要表现为视网膜血管渗漏和无灌注，这些改变与白细胞粘附和聚集密切相关，Rho相关卷曲蛋白激酶-1（ROCK1）是调控白细胞粘附聚集过程的重要分子，如何抑制ROCK1通路的激活、抑制白细胞粘附聚集、缓解内皮细胞损伤是DR防治研究的重要环节。我们的研究发现，高糖下视网膜血管内皮细胞及小鼠视网膜组织中SUMO蛋白酶SENP3累积，且其依赖活性氧。敲低糖尿病小鼠视网膜组织中SENP3的表达，可抑制ROCK1的活化，降低其下游底物肌球蛋白磷酸酶（MYPT-1）的磷酸化，抑制高糖诱导的细胞间粘附分子（ICAM-1）及血管内皮粘附分子（VCAM-1）高表达，减轻糖尿病小鼠视网膜血管中白细胞粘附，缓解糖尿病小鼠视网膜血管高通透性；同时，敲低糖尿病小鼠视网膜组织中SENP3的表达，可以促进内皮一氧化氮（NO）合酶（eNOS）磷酸化，提高NO的生成，对血管内皮产生保护作用。进一步机制研究发现，ROCK1存在SUMO修饰，免疫共沉淀显示ROCK1与SENP3存在相互作用，且SENP3可去SUMO修饰ROCK1。我们在相关网站对ROCK1进行SUMO化预测，根据结果分别对分值最高的赖氨酸位点进行突变，分别构建突变体，在HEK293T细胞中转入ROCK1和它的可能的SUMO突变体后，检测ROCK1的SUMO化修饰。结果显示，ROCK1的K22、K864及K1029位赖氨酸是它的SUMO化修饰位点，联合突变K22、K864及K1029位赖氨酸后，ROCK1的SUMO化修饰水平明显降低。本项目研究结果阐明ROCK1的SUMO化修饰和去SUMO化修饰与ROCK1激活之间的关系，明确了ROCK1的SUMO化修饰位点，丰富了人们对ROCK1在相关血管疾病发病机制中作用的认识；探究了SENP3在高糖环境下白细胞粘附过程中的作用，可望在糖尿病微血管并发症中形成新的研究领域；揭示了SENP3在糖尿病视网膜病变发生发展中的作用，为DR的早期防治提供理论依据。