O-GlcNAc糖基化修饰自噬起始激酶ULK1调控血管平滑肌源性泡沫细胞形成

The formation of vascular smooth muscle (VSMC)-derived foam cells is considered to be an important event in the late stages of atherosclerotic lesions. Several studies have shown that autophagy has a potential role in regulating foam cell formation, but the mechanism is not yet fully understood. Our preliminary experiments demonstrated that the O-GlcNAcylation levels of autophagy-initiation kinase ULK1 increased threefold during VSMC foam cell formation, while inhibiting O-GlcNAcylation of ULK1 significantly inhibited VSMC foam cell formation. Therefore, we assume that O-GlcNAcylation of the ULK1 may decrease kinase activity of ULK1, damage autophagy, promote intracellular accumulation of free cholesterol, and ultimately induce VSMC foam cell formation. To confirm this hypothesis, we will use VSMC foam cell model to investigate the O-GlcNAcylation levels of autophagy-initiation kinase ULK1, the autophagy activity and the relevance among them. Further, we will identify O-GlcNAcylated sites of ULK1 kinase and make an intensive study of regulation mechanism of O-GlcNAcylated ULK1 to autophagy and VSMC foam cell formation. Finally, we hope that this study will help to clarify the mechanism of VSMC foam cell formation and provide new insights of preventing atherosclerotic lesions.

血管平滑肌源性泡沫细胞形成是动脉粥样硬化病变的重要事件。已有研究表明自噬活性降低可促进泡沫细胞的形成，但机制尚需深入研究。我们预实验发现，平滑肌细胞泡沫化过程中自噬起始激酶ULK1的O-GlcNAc糖基化修饰水平明显升高，而抑制其O-GlcNAc糖基化修饰能显著抑制泡沫细胞形成。为此我们提出“O-GlcNAc糖基化修饰自噬起始激酶ULK1可以降低ULK1激酶活性，抑制细胞自噬，促使细胞内游离胆固醇持续堆积而无法外排，最终诱导血管平滑肌细胞泡沫化发生”。为证实上述假说，本项目以大鼠平滑肌源性泡沫细胞模型为对象，研究泡沫细胞形成过程中O-GlcNAc糖基化修饰ULK1与自噬的变化规律及相关性；鉴定ULK1激酶O-GlcNAc糖基化修饰位点，研究O-GlcNAc糖基化修饰对ULK1分子功能以及对泡沫细胞形成的调控机制。该研究将有助于阐明血管平滑肌泡沫化发生机制，为动脉粥样硬化防治提供理论基础。

动脉粥样硬化（Atherosclerosis, AS）是一类最常见和最具有危害性的心血管疾病，而血管内皮细胞损伤和泡沫细胞形成是AS发生发展的两个核心事件。泡沫细胞主要来源于巨噬细胞和血管平滑肌细胞，近来研究表明血管平滑肌细胞是形成泡沫细胞的重要来源，其在AS发生发展过程具中有重要作用，因此阐明血管平滑肌细胞泡沫化分子调控机制对研究AS形成发展机制及寻找防治策略具有重要意义。本项目以血管平滑肌源性泡沫细胞模型为对象，从蛋白翻译后糖基化修饰的角度研究了泡沫细胞形成过程中O-GlcNAc糖基化修饰与自噬的变化规律及相关性，并探讨了O-GlcNAc糖基化修饰对自噬关键激酶ULK1分子功能以及对泡沫细胞形成的调控机制。我们的重要实验结果如下：我们分离了大鼠主动脉平滑肌细胞，ox-LDL处理后成功诱导形成了血管平滑肌源性泡沫细胞模型；发现平滑肌细胞泡沫化过程中自噬水平受到明显的抑制；糖基化分析发现平滑肌源性泡沫细胞形成过程中ULK1激酶的O-GlcNAc糖基化修饰水平增加；进一步证实O-GlcNAc糖基化修饰水平升高，抑制了自噬活性进而促进血管平滑肌源性泡沫细胞形成。此外，在本课题的部分资助下我们还初步探明α-2,6-唾液酸转移酶1（ST6Gal-1）和岩藻糖基转移酶FUT8在动脉粥样硬化过程中发挥着重要作用，同时用金属氧化物纳米颗粒作为简化的细颗粒模型探讨自噬在纳米颗粒诱导的血管内皮细胞损伤中的调节作用。这些研究工作为探讨关键蛋白的糖基化修饰以及细胞自噬在心血管疾病中的作用提供新的实验证据，为动脉粥样硬化的临床治疗开拓了新的思路。