跨膜蛋白ESDN对血管内皮细胞胰岛素信号途径的调控机制及其意义

The transmembrane protein endothelial and smooth muscle cell-derived neuropilin like protein (ESDN) is a novel regulator of several receptor tyrosine kinases (RTKs), including vascular endothelial growth factor receptor-2(VEGFR-2), platelet-derived growth factor receptor-β (PDGFR-β) and epidermal growth factor receptor (EGFR), which regulates signal transduction, modulates vascular remodeling and angiogenesis. Insulin receptor, which also belongs to RTK, binds to and activates insulin to mediate cell metabolism, growth, and survival. Our group has previously demonstrated that ESDN is an inhibitor of insulin receptor signal transduction in vascular smooth muscle cells, but the molecular mechanism underlying the modulation of insulin resistance (IR) and endothelial dysfunction is still unclear. We hypothesized that ESDN may regulate insulin sensitivity and endothelial dysfuction in vivo through modulating insulin receptor signal transduction in endothelial cells. The aims of this project are: 1) to find the evidences of ESDN modulating insulin receptor signal transduction and endothelial dysfunction in endothelial cells; 2) to illustrate the molecular mechanism of ESDN interaction with insulin receptor through regulatory adaptor protein-E3 ubiquitin ligase and degradation by ubiquitination; 3) to investigate ESDN that affects insulin transit across the microvascular endothelium (also call insulin delivery) in the pathogenesis of insulin resistance, endothelial cell-specific conditional knockout mice will be used to illustrate the mechanism of ESDN function in high-fat-diet (HFD) induced IR animal model. Therefore, the identification of ESDN linking cardiovascular and metabolic disorders is very important to understand the pathogenesis of metabolic syndrome and cardiovascular abnormalities in clinical investigations and provides insights into a novel therapeutic avenue.

跨膜蛋白ESDN是一种新型受体酪氨酸激酶（RTK）调节蛋白，通过调控VEGFR2、PDGFR-β和EGFR的激活介导其血管重塑和血管生成过程。胰岛素受体属RTK成员，介导胰岛素对细胞代谢的生物学效应。我们已证实在血管平滑肌细胞中，ESDN可抑制胰岛素信号转导，但是其对胰岛素抵抗（IR）和内皮功能障碍的调控机制尚不清楚。推测ESDN可能通过调控内皮细胞的胰岛素信号途径来调节胰岛素敏感性和内皮功能的改变。本研究拟探讨ESDN对内皮细胞胰岛素信号途径和内皮功能的调控；通过研究衔接蛋白-E3泛素连接酶与胰岛素受体泛素化之间的关系来阐明ESDN与胰岛素受体相互作用的分子机制；利用内皮细胞特异性基因敲除小鼠构建高脂诱导的IR动物模型，证实ESDN对胰岛素递送（胰岛素穿过微血管内皮）的调控及其在IR中的作用。本研究有助于阐明代谢性疾病诱发的心血管并发症的病理生理过程，为药物开发提供新靶点。

研究表明包括高血压，动脉粥样硬化（As）和冠状动脉疾病在内的多种心血管疾病的病理生理过程通常伴随内皮功能障碍。血管内皮细胞作为胰岛素的靶器官之一，其细胞表面的胰岛素受体通过与胰岛素识别和结合而影响内皮细胞代谢、生长和存活过程，在肥胖、高血压、糖脂异常等为特征的病理生理状态下，胰岛素介导的葡萄糖摄取减少、糖代谢和脂代谢紊乱、胰岛素抵抗（IR）、氧化应激与内皮功能障碍之间的复杂关系进一步提升了心血管疾病的发病风险。因此，研究胰岛素信号转导的调控提高胰岛素敏感性，对于改善内皮功能障碍，减少心血管严重并发症的发生有着重要的理论和临床意义。ESDN作为一种受体酪氨酸激酶（RTK）调节蛋白，可能通过调控RTK家族成员的胞吞过程而影响多种受体的信号转导，胰岛素受体属RTK成员，介导胰岛素对细胞代谢的生物学效应。之前研究表明ESDN可抑制胰岛素信号转导，但是在胰岛素递送过程中的调控机制尚不清楚。本研究拟探讨ESDN对内皮细胞胰岛素信号途径和内皮功能的调控；通过研究衔接蛋白-E3泛素连接酶与胰岛素受体泛素化之间的关系来阐明ESDN与胰岛素受体相互作用的分子机制；利用内皮细胞特异性基因敲除小鼠构建IR动物模型，证实ESDN对胰岛素递送（胰岛素穿过微血管内皮）的调控及其在IR中的作用。我们的结果表明ESDN可以通过调控胰岛素信号途径进而调控内皮细胞的糖代谢途径；证实了内皮细胞ESDN通过调控胰岛素受体胞吞而参与了对胰岛素递送的调控；结合转录组学验证了内皮细胞中ESDN的表达与内皮功能障碍和胰岛素抵抗的关系；通过构建基因敲除和组织特异性敲除小鼠胰岛素抵抗动物模型揭示ESDN在内皮细胞中的表达对代谢性疾病和心血管疾病发生发展的调控机制。本研究有助于阐明ESDN参与调控代谢性疾病诱发的心血管并发症的病理生理过程的分子机制，从而为药物开发提供新靶点。