心血管发育毒性相关基因和毒物筛查及毒性通路研究

Cardiovascular disease has become one of the most serious problems of public health in China. It is significant to study the effect of risk factors influencing early development of cardiovascular system on cardiovascular disease. Now the environmental pollution is serious in our country. How to screen the cardiovascular developmental toxicity related genes and poisons is an important task facing toxicologists. Our preliminary data showed that the cardiovascular developmental susceptibility gene CCM3 defect significantly changed the lead inhibitory effect on the mouse embryo fibroblasts, suggesting that can make use of in vitro cell model to screen for cardiovascular developmental toxicity related genes and poison. This project aims to establish in vitro cardiovascular developmental model, using the methods of molecular toxicology, cell biology, developmental toxicology and epidemiology, to study the interaction and mechanism of main environmental pollutants suspected as cardiovascular toxicants and key cardiovascular developmental toxicity susceptibility genes suggested from knockout mice study, to explore the toxicity pathway and the mode of action and to be verified by animal model. On the meanwhile, the birth cohort will be established to perform a Nested case-control study to determine the environmental pollutant level in pregnant women and new borns and susceptibility gene polymorphism distribution, to verify the in vitro results, and finally to find new clinically significant cardiovascular developmental toxicants exposure biomarkers and genetic susceptibility biomarkers, and to provide a theory and the practice basis for further prevention and control of cardiovascular disease.

心血管疾病已成为严重影响我国人民健康的重大公共卫生问题。研究心血管早期发育危险因素对心血管疾病的影响具有重要意义。当前我国环境污染严重，如何筛选心血管发育毒性相关基因和毒物是毒理学家面临的重要任务。我们的前期研究发现，心血管发育易感基因CCM3缺陷显著改变铅对小鼠胚胎成纤维细胞的抑制作用，提示可以利用体外细胞模型来筛查心血管发育毒性相关基因和毒物。本课题拟建立体外心血管发育模型，利用分子毒理学、细胞生物学、发育毒理学、流行病学等多学科的方法，研究主要环境污染物中可疑的心血管发育毒物和基因敲除小鼠提示的、可疑的心血管发育易感基因之间的交互作用及其机制，探讨其毒性通路和毒作用模式，并在整体动物水平加以验证；同时运用巢式病例对照的方法，建立出生队列，验证体外实验结果，以期发现新的、具有临床意义的心血管发育毒物接触生物标记物和遗传易感性生物标记物，为进一步预防和控制心血管疾病提供理论和实践依据。

心血管疾病已成为严重影响我国人民健康的重大公共卫生问题。当前我国环境污染严重，如何筛选心血管毒性相关基因和毒物是毒理学家面临的重要任务。本研究运用体外细胞模型、体内动物模型和人群流行病学方法研究了外源化合物铅、砷和镉对心血管疾病的影响及其机制。成功构建永生化小鼠脑微血管周细胞，并应用于脑血管毒物筛查研究，发现对永生化小鼠脑微血管周细胞的毒性大小依次为亚砷酸钠、氯化镉、醋酸铅。CCM3基因缺陷与醋酸铅交互作用可以使人脐静脉内皮细胞紧密连接蛋白表达下降，并破坏小鼠血脑屏障功能，引起小鼠学习-记忆能力下降。成功建立CCM3基因缺陷的斑马鱼模型，可作为监测水体中心血管毒性污染物的敏感生物模型。CCM3基因和铅在斑马鱼心血管发育方面具有交互作用。醋酸铅可抑制内皮细胞的增殖能力，与CCM3基因缺陷交互作用降低内皮细胞的迁移能力。其机制可能是醋酸铅引起内皮细胞氧化应激，并通过激活PERK信号通路诱导的细胞ERS，从而抑制细胞的迁移，而CCM3基因缺陷可能通过促进ERS而抑制细胞的迁移。成功建立CCM3基因杂合缺陷小鼠长期铅暴露模型，并发现铅与CCM3基因交互作用影响小鼠的动脉血压与心血管功能。成功筛选到候选基因中与高血压遗传易感有关的单核苷酸多态性位点，并发现CCM3基因多态性位点之间以及CCM3基因多态性位点与候选基因多态性位点之间的交互作用对一般人群动脉血压有影响。在职业铅暴露人群中CCM3基因单核苷酸多态性位点基因型差异对动脉血压有影响，且CCM3基因单核苷酸多态性与铅交互作用影响职业人群动脉压水平。成功构建了高效、稳定的人脐静脉内皮细胞CCM3基因敲除细胞株和过表达细胞株，并初步阐明了CCM3基因在铅诱导的内皮细胞损伤中的作用与可能的机制，为今后深入研究CCM3基因在各种环境毒物的中的作用与机制打下了坚实的基础。另外，研究发现，砷能够抑制内皮细胞和周细胞的血管生成，其毒理学机制与CCM3表达改变有关。miR-425-5p调控CCM3基因表达在砷致血管生成抑制中起逆转作用，Notch、VEGF及p38信号通路在其中发挥作用。