高尿酸通过活化泛素羧基末端水解酶Uchl1进而诱导血管内皮功能障碍的机制研究

Hyperuricemia is closely related to inflammatory cardiovascular diseases. Our previous clinical research has suggested that hyperuricemia is significantly associated with arterial stenosis. Our cell research have shown that higher uric acid (HUA) activates inflammatory pathways such as (pro)renin receptor [(P)RR)] and renin angiotensin system (RAS) in umbilical vein endothelial cells (HUVECs), leading to vascular endothelial dysfunction. However, the molecular mechanism is still unclear. Therefore, we introduced uricase knockout (UOX KO) mice to establish a hyperuricemia mice model. Our study showed increased expression of (P)RR and RAS activation, evoked endothelial dependent vasodilation dysfunction and elevated blood pressure in UOX KO mice. Additionally, proteomics showed that ubiquitin carboxyl terminal hydrolase Uchl1 also increased significantly. (P)RR was reported to be degraded by ubiquitin-proteasome. It is supposed that HUA up-regulated Uchl1 increases the (P)RR expression via deubiquitination, then activates downstream RAS and inflammation pathway, leading to vascular endothelial dysfunction. Therefore, we will apply vascular endothelium-specific Uchl1 gene knockout or Uchl1 inhibitor in UOX KO mice and HUA-treated HUVECs, respectively. Finally, we aim to provide a new drug target for clinical prevention and treatment of hyperuricemia-induced vascular dysfunction.

高尿酸与心血管疾病的相关性备受关注。我们临床研究提示高尿酸血症与动脉狭窄密切相关，细胞实验提示高尿酸上调脐静脉内皮细胞(HUVECs)的肾素（前体）受体[(P)RR]进而激活肾素血管紧张素系统(RAS)及炎症通路，导致血管内皮功能障碍，但分子机制不清。本课题用尿酸酶敲除(UOX KO)构建高尿酸小鼠模型。UOX KO小鼠出现内皮依赖性血管舒张功能障碍及血压升高，血管(P)RR蛋白水平显著增高伴RAS激活，血管蛋白质组学提示去泛素化酶Uchl1显著升高。有研究提示(P)RR蛋白可被泛素化降解。因此，本研究拟在UOX KO小鼠和高尿酸刺激的HUVECs中，分别利用血管内皮特异性Uchl1基因敲除或Uchl1抑制剂干扰，阐明高尿酸通过活化Uchl1进而减少(P)RR的泛素化降解，上调(P)RR蛋白水平，激活RAS及下游炎症，导致血管内皮功能障碍，为防治高尿酸血症致血管功能障碍提供新的药物靶点。

背景：尿酸(UA)是嘌呤代谢的最终产物。近年来发现高尿酸血症与不同心血管疾病的发生发展密切相关。然而，UA对血管内皮功能的影响及机制还未明确。因此，我们从体内、体外水平以及临床研究中分别探讨不同UA水平对血管内皮功能的影响及作用机制。方法及结果：1、用不同浓度（6mg/dL,9mg/dL,12mg/dL）UA分别刺激HUVECs，发现9mg/dL以上的UA浓度可致HUVECs损伤，主要通过增加细胞内DNA损伤、增加氧化应激、增强炎症反应、降低NO生成、增加ET-1 表达，同时UCHL1蛋白表达明显升高；应用UCHL1抑制剂LDN57444后上述损伤减弱；而高表达HUVECs的UCHL1则加重高UA导致的损伤。2、在高尿酸小鼠体内，检测UA水平及血压水平，选取20周小鼠进行生化及病理检测。UOX 敲除小鼠UA水平明显增高且血压增高，mRNA组学分析显示UCHL1水平较其他泛素蛋白酶体水平升高最为显著，且病理表型提示UCHL1在血管平滑肌和血管内皮中均表达增多；高UA导致血管壁厚度明显增加，纤维化增多，氧化应激反应增加，凋亡水平增多，炎症因子的mRNA水平明显增多；而应用 UCHL1 抑制剂后明显缓解。3、为了更清楚探讨UA的保护作用，在体外选取不同浓度ox-LDL和不同浓度的UA溶液共同刺激 HUVECs。最终选取UA 5mg/dL+ox-LDL 100μg/mL共同刺激 HUVECs，发现合适浓度的UA可以显著减少ox-LDL引起的内皮损伤，如氧化应激、炎症和粘附增加。UA通过降低Nrf2泛素化，增加Nrf2蛋白的核转位，从而激活Keap1-Nrf2-Are通路发挥保护作用；使用Nrf2抑制剂Brusatol可显著抑制 UA的保护作用。4、回顾性分析了14234名既往无经皮冠状动脉介入治疗或冠状动脉旁路移植术手术史的急性冠脉综合征（ACS）患者。观察在不同血脂水平下，血清尿酸（SUA）水平和心肌血运重建的风险相关性。发现：ACS患者中SUA水平的增加可降低接受心肌再灌注治疗的风险，且不受血脂水平和血脂类型的影响。结论：高UA通过激活UCHL1导致内皮功能障碍发生，而合适浓度的 UA 可以通过减少Nrf2泛素化增加Nrf2核转位减轻 HUVECs的氧化应激水平，进而保护细胞免受损伤。ACS患者中SUA水平的适当增加可降低接受心肌再灌注治疗的风险。