MBD2基因对DNA加合物诱导的肺动脉平滑肌细胞异常增殖的影响及机制

Abstract: Funded by the National Natural Science Foundation Project (NO. 81070044, 81370156), our previous studies have demonstrated benzo[a]pyrene diol epoxide (BPDE), one of DNA adducts induced by cigarette smoke in the body, could enhance proliferation of pulmonary artery smooth muscle cells (PASMCs) by regulating the expression of extracellular signal-regulated kinase (ERK) and protein kinase C (PKC) through epigenetic modifications, including DNA methylation and histone acetylation. In the meantime, we identified that methyl-CpG-binding domain protein 2 (MBD2) affected gene expression through epigenetic changes. Based on the above, this study intends to explore the role and mechanism of MBD2 in abnormal PASMCs proliferation induced by BPDE. In this study, we will evaluate the impact of MBD2 on PASMCs’ epigenetic change first. Subsequently, we will conduct our research on the role of DNA methyltransferase 1 (DNMT1) and MASPIN in abnormal PASMCs proliferation induced by BPDE. Finally, we are going to investigate the role and mechanism of MBD2 in abnormal proliferation of PASMCs induced by BPDE. This study, which extends our previous research longitudinally, provides a novel insight into the deeper mechanism of BPDE-induced proliferation of PASMCs and is crucial for elucidating the mechanism of cigarette smoke-induced pulmonary vascular injury, repair and remodeling.

在国家自然科学基金项目（81070044和81370156）的资助下，我们发现香烟烟雾在体内产生的DNA加合物BPDE等，可通过影响DNA甲基化和组蛋白乙酰化来调控细胞外信号调节激酶（ERK）和蛋白激酶C（PKC）等表达，从而促进肺动脉平滑肌细胞(PASMCs)异常增殖。同时，我们发现DNA甲基化CpG结合蛋白2(MBD2)通过表观遗传学影响某些基因的表达。在上述研究基础上，本课题拟探究MBD2在BPDE诱导的PASMCs异常增殖的作用及机制。我们先探究MBD2对PASMCs表观遗传学的影响，然后研究甲基转移酶（DNMT1）及HDAC1的抑制性蛋白MASPIN在BPDE诱导PASMCs异常增殖的作用，进而阐明MBD2对PASMCs异常增殖的影响及其机制。这是我们近十年研究的纵向延伸，更深层次探索BPDE致PASMCs异常，对阐明吸烟致肺血管损伤、修复、重构的机制具有重要的意义。

研究背景：.肺高压 (PH) 是一种以持续肺动脉高压、肺动脉重塑为特征并最终导致右心衰的进行性、致死性疾病。吸烟作为的重要环境危险因素，亦可以直接促进肺动脉的重塑。DNA甲基化与多种疾病的发生、发展相关，其中甲基化结合域蛋白 (MBD) 是一组识别并传导DNA甲基化信息的蛋白，MBD2蛋白通过甲基化结合结构域识别相应的DNA，然后募集由核小体重构去乙酰化酶和组蛋白去乙酰化酶等组成的沉默复合体，从而调节基因的转录。吸烟能增加机体分泌半胱氨酸，半胱氨酸能降低血管平滑肌细胞的MBD2蛋白表达，提示香烟烟雾可能调节MBD2蛋白的表达。然而，MBD2蛋白在吸烟诱导的肺动脉平滑肌重塑中的作用和机制尚不清楚。.内容及方法：.本课题研究分体内体外两个层次的实验。在人体和小鼠体内，我们检测了肺高压组及正常组的肺组织中MBD2蛋白的表达差异；在细胞内，检测原代人肺动脉平滑肌细胞 (HPASMC) 在香烟烟雾提取物 (CSE) 刺激下MBD2蛋白的表达差异，以及检测MBD2siRNA和MBD2Adv对CSE刺激下HPASMC的增殖、周期改变以及迁移的变化，以及造成此类的变化的主要影响通路。.结果及意义：.我们发现，不管在体内还是体外，香烟烟雾暴露可显著降低肺动脉平滑肌细胞内MBD2的表达，而在HPASMC转染MBD2Adv刺激可抑制CSE刺激的细胞增殖和迁移，相反，HPASMC转染MBD2siRNA刺激可增加CSE刺激的细胞增殖和迁移。在实验过程中，我们还对课题进行了延伸，我们发现不论体内或体外，气道上皮细胞中的MBD2蛋白呈现显著下降，而在HBE转染MBD2siRNA刺激可显著增加IL6和IL8等炎症介质的表达，且这种改变是通过ERK通路实现的。