同型半胱氨酸联合铜离子通过Sirt1信号通路抑制线粒体自噬促进内皮细胞凋亡的机制研究

Homocysteine (Hcy) is an independent risk factor for cardiovascular disease. But at present, the mechanism of Hcy-induced cardiovascular damage is still unclear. Clinical studies have shown a strong positive correlation between increased Hcy and copper in plasma of patients with cardiovascular disease. In our preliminary studies, we found that the combination of Hcy and copper ion (Cu2+) induced apoptosis of vascular endothelial cells, which was associated with increased mitochondrial damage and decreased mitophagy, indicating that Cu2+ and dysfunctional mitophagy are important reasons for Hcy-induced endothelial damage. Further studies showed that the combination of Hcy and Cu2+ produced ONOO- through metabolic energy compensation to inhibit mitophagy. The inhibitory effect was associated with ONOO- mediated PARP-1 hyperactivation, which leaded to decreased NAD+ content and Sirt1 activity. To prove our hypothesis, we are planning to study the mechanism of ONOO- formation in vitro and in vivo by the combination of Hcy and Cu2+. We will explore the molecular mechanisms of mitochondrial damage and mitophagy inhibition induced apoptosis through PARP-1/NAD+/Sirt1 signaling pathway by ONOO-. Finally we will evaluate the effects of controlling copper content and inducing mitophagy in antagonizing Hcy-mediated vascular damage. Our study will provide valuable information on the mechanism of Hcy and copper action in cardiovascular disease and the rational to treat patients with HHcy in clinic.

同型半胱氨酸（Hcy）是心血管疾病的独立危险因素，然而其对心血管系统的损伤机制目前尚无定论。心血管疾病患者血浆Hcy升高的同时，常伴随血铜升高。在前期研究中，我们发现Hcy联合铜离子（Cu2+）诱导血管内皮细胞凋亡，与其损伤线粒体并抑制保护性线粒体自噬有关，提示Cu2+和线粒体自噬功能失调可能是Hcy损伤血管内皮的重要原因。后续研究提示，Hcy联合Cu2+可能通过能量代谢补偿方式合成过氧亚硝基阴离子（ONOO-）抑制线粒体自噬，该作用可能与ONOO-激活PARP-1导致NAD+减少和Sirt1失活有关。为验证此推测，我们拟通过体内、体外实验研究Hcy联合Cu2+生成ONOO-的机制，探讨ONOO-损伤线粒体，并通过PARP-1/NAD+/Sirt1通路抑制线粒体自噬诱发凋亡的分子机制，最后评估限铜以及激活线粒体自噬对Hcy损伤血管的抑制作用。本研究将为治疗HHcy患者提供新思路及理论依据。

同型半胱氨酸（Homocysteine，Hcy）是人体必须氨基酸甲硫氨酸代谢过程中重要中间产物，受遗传、环境以及饮食结构的影响，我国人群高同型半胱氨酸血症（Hyperhomocysteinemia, HHcy）发病率明显高于西方国家。虽然流行病学数据已证实微摩尔（μM）浓度级别Hcy显著增加心血管疾病风险，然而一系列体外研究结果表明，Hcy需达到毫摩尔（mM）浓度才能损伤血管内皮细胞，揭示Hcy可能需要与体内因素结合产生损伤作用。多项临床研究表明HHcy患者血液Hcy升高的同时，常伴随血铜升高，研究Hcy联合铜离子（Cu2+）对心血管系统的损伤机制对控制HHcy带来的疾病风险具有重要意义。本项目旨在研究Hcy联合Cu2+损伤心血管系统的机制，并寻找新的治疗方法。通过本项目的开展，我们发现Hcy与Cu2+成络合物，诱导心肌细胞同时发生PARP-1相关的凋亡和Na+, K+ -ATP酶依赖的自噬死亡，这可能是Hcy导致心脏重构和心功能不全的新机制。同时，Hcy激活血管内皮细胞NADPH氧化酶（NOX），下调Sirt1，并破坏细胞谷胱甘肽（GSH）抗氧化系统（GPX），使活性氧自由基（ROS）大量积累，最终造成血管内皮细胞线粒体氧化损伤。我们进一步在HHcy动物模型中验证假说，并使用纳米硒（Nano-Se）增加其GPX水平，证明提高体内硒水平可改善HHcy致SHR大鼠主动脉内皮损伤及主动脉重构和氧化应激水平增高，其机制可能与硒上调血管GPX蛋白表达、提高机体抗氧化能力有关。综上，该项目研究了Hcy导致心血管疾病的新机制，并探索了Nano-Se在心血管疾病防治中的应用，为临床治疗HHcy提供新思路。