亚砷酸钠对血管内皮祖细胞修复能力的效应及其分子机制研究

Our previous studies indicated ① that arsenic-induced apoptosis of endothelial cells might play a crucial role in arsenic induced vascular injury; and ② that cell migration and proliferation which are required for the endothelial cell to repair the damaged blood vessels, were inhibited;③altered expression profile of microRNA. These results reveal the cytological and molecular basis for the arsenite-induced vascular injury. Recent studies show that in bone marrow there is existence of endothelial progenitor cells (EPCs) that has a strong proliferate potential and could migrate through the blood circulation, differentiate into mature endothelial cells and settle in the injured vascular endothelial cells layer to repair the damaged blood vessels. It has been proven that EPCs play a key role in the maintenance of vascular integrity and reparation of damaged blood vessels. However studies on arsenite effect on EPCs has not been reported. The project intends to carry out in vivo and in vitro studies on the effects of arsenite on the migration, proliferation and differentiation of EPCs and its underlying mechanism. The results would provide a new light on the mechanism by which arsenite damage the blood vessel.

我们的前期研究表明亚砷酸钠①引起的血管内皮细胞凋亡在地方性砷中毒周围血管损伤中起重要作用；②通过抑制内皮细胞的迁移和增殖而破坏其对损伤血管的修复功能；③明显的改变了血管内皮细胞的microRNA 表达谱。这一结果揭示了砷化物引起的血管损伤经久不愈的细胞学和分子基础。最近研究发现骨髓细胞中存在着一类血管内皮祖细胞(EPCs， endothelial progenitor cells)， 具有极强的增殖潜能，可分化为成熟的内皮细胞，通过血液循环迁移并定居在受损伤血管的内皮细胞层，分化为成熟的内皮细胞对损伤的血管进行修复。业已证明EPCs在维护血管完整性及促进损伤血管的修复和再建过程起关键作用。然而关于砷化物对EPCs的血管损伤修复功能作用的研究尚未见报道。本项目拟应用体内、外实验模型研究亚砷酸钠对EPCs迁移、增殖、分化效应的分子机理，进一步为砷化物血管损伤的发病机制提供新依据。

血管内皮祖细胞在维护血管完整性及促进损伤血管的修复和再建过程起关键作用。早期EPCs表达VEGFR2 (KDR)、CD34和CD133三个表面标记分子。目前纯化的EPCs主要来自于骨髓和外周血。骨髓来源的EPCs为早期的EPCs，但缺点是收获的细胞数量有限。从外周血虽可分离到足量的EPCs，但缺点是这些EPCs属于晚期更成熟EPCs，其功能远不及早期EPCs。因此，仍需寻找新途径以获得足量的早期EPCs。本研究从HUVECs中进行人源EPCs的分离、纯化、扩增。地方性砷中毒严重威胁人类健康，含砷水灌溉引起的水稻砷污染已成为全球性的问题。砷中毒引起的周围血管性疾病经久不愈是其防治中的棘手问题。本研究目的在于发现亚砷酸钠对EPCs增殖、凋亡、迁移及血管新生的效应规律及其分子机理。应用抗人CD34抗体包被的免疫磁珠从人脐静脉内皮分离出人源内皮祖细胞。经流式细胞分析显示该细胞表达VEGFR2 (KDR)、CD34 及 CD133, 符合早期内皮祖细胞特征。应用生物反应器–微载体培养系统对该细胞进行扩增。结果显示这一培养系统与传统的平皿培养相比较，有更高的扩增效率，更好地保留了早期祖细胞标志性分子，并且具有更强的血管新生功能。至此建立了标准的人EPCs分离，检测及体外富集方法。不仅为后续的机制研究提供了足量、优质的 EPCs，本研究的EPCs来源和体外扩增技术也为将来EPCs在临床的应用提供了新的途径。在上述研究结果的基础上系统地研究了亚砷酸钠对人内皮祖细胞的效应及分子机制。研究结果显示亚砷酸钠抑制EPCs增殖，呈典型的剂量–效应关系和时间–反应关系。亚砷酸钠对EPCs有明显的促凋亡作用，其作用随暴露剂量的延长而增强。亚砷酸钠抑制EPCs迁移和血管新生。进一步研究发现亚砷酸钠通过下调CYP1A1、AGT、IGF2表达抑制EPCs增殖，通过上调SFRP1、RPS6KA2、HTRA2表达促进人EPCs凋亡，通过下调BMP2、CCL20、VTN 表达抑制人EPCs迁移，通过下调BMP2、C3、AGT、APOH 表达抑制EPCs血管新生。为阐明砷化物血管损伤的发病机制提供了新依据，为地砷病的防治提供了新思路。