辅酶Q10经血小板整合素αIIbβ3改善糖脂代谢紊乱的作用及机制研究

Platelet integrin αIIbβ3 plays a crucial important role in platelet aggregation, thrombosis formation and atherosclerosis development. Initiating the inside-out signaling events lead to integrin αIIbβ3 activation, and the αIIbβ3 outside-in signaling drives processes of platelet spreading, stable thrombus formation, and clot retraction. Coenzyme Q (CoQ) is an essential component of the mitochondrial electron transport chain and an antioxidant in plasma membranes and lipoproteins. There are lots of chronic diseases in which lower levels of CoQ10 are detected in tissues and organs providing the hypothesis that CoQ10 supplementation could alleviate their symptoms and/or retard the onset of these diseases. In the applicant’s lab, we have found that CoQ10 exerts its anti-atherosclerosis effect through the nuclear receptor signaling pathway that affects the reverse translocation of cholesterol in macrophages. Recently, we have also found that CoQ10 significantly inhibited the activation of platelet αIIbβ3 in patients with hyperlipidemia and inhibits its outside-in signaling pathway in vitro, however, there is no any reports or studies on the improvement and mechanisms of CoQ10 on the disorder of glucose and lipid homeostasis through platelet integrin αIIbβ3 pathway until now. Therefore, we will observe the effects of CoQ10 on the purified platelet αIIbβ3 in patients with the disorder of glucose and lipid homeostasis, and explore the regulation of CoQ10 on key proteins of the inside-out and outside-in signaling pathways in vitro, such as Syk/PKC/Erk1/2 /JNK and PI3K/PDK/Akt/ GSk3β. Besides, we will study the effects of CoQ10 on platelet αIIbβ3 molecule and its pathway in patients with the disorder of glucose and lipid homeostasis in vivo. Furthermore, the ApoE-/- mice will be used to determine the influence of platelet αIIbβ3 on the formation and development of atherosclerosis. This study will clarify the platelet integrin αIIbβ3 molecules as a new target for preventing and treating the disorder of glucose and lipid homeostasis by CoQ10 and the corresponding molecular mechanisms in the cells, animals and population levels.

血小板整合素αIIbβ3通过inside-out和outside-in信号通路在血小板聚集、血栓形成和动脉粥样硬化（AS）中起关键作用。辅酶Q10具有多种生物活性可防治多种慢性代谢性疾病。我们以往研究表明，服用辅酶Q10可抑制高脂血症患者血小板聚集和αIIbβ3的活化，并在体外抑制其outside-in通路，但辅酶Q10对糖脂紊乱患者血小板αIIbβ3的体内外效应及调控机制缺乏研究。本项目将开展以下研究：1）在体外探讨辅酶Q10对糖脂代谢紊乱患者血小板αIIbβ3及其信号通路Syk/Erk/JNK、PI3K/PDK/GSk3β等的作用和调控；2）在糖脂代谢紊乱人群，研究补充辅酶Q10对血小板αIIbβ3功能及其通路的影响；3）用ApoE-/-小鼠明确辅酶Q10经血小板αIIbβ3调控AS形成的效应。研究将首次阐明血小板αIIbβ3分子作为辅酶Q10改善糖脂代谢的新靶点和分子机制。

本课题分别从细胞、动物和人群三个层面阐明了辅酶Q10（CoQ10）通过调控血小板功能来发挥对糖脂紊乱人群抗动脉粥样硬化（AS）的作用及相关机制。在体外证实了CoQ10干预能够抑制健康成人血小板的聚集和颗粒物释放，同时CoQ10有效抑制FeCl3诱导的健康小鼠肠系膜微动脉血栓形成，其可能的机制之一是CoQ10通过上调cAMP/PKA信号通路，进而抑制血小板整合素分子αIIbβ3介导的“outside-in”信号通路。另一方面，CoQ10在体外也可抑制血小板NLRP3炎症小体的活化，其机制可能与改善血小板氧化应激水平有关。在体内ApoE-/-小鼠AS模型中，膳食补充CoQ10能够抑制ApoE-/-小鼠血小板聚集、颗粒物的释放和血小板-单核细胞聚集体形成，其中的机制可能是主要是抑制血小板整合素分子αIIbβ3介导的信号通路。最后在血脂异常人群中验证辅酶Q10膳食补充对血小板功能和HDL功能的作用，结果发现补充120mg/天的CoQ10膳食干预24周可以升高血浆及血小板CoQ10水平，同时可以抑制血小板聚集及血小板PF4、β-TG和CCL5的颗粒物释放水平。另一方面，CoQ10膳食干预可以有效改善血脂异常人群HDL介导的胆固醇外流能力与抗炎功能。此外，伴随着新冠疫情的爆发，我们通过体外研究发现，SARS-CoV-2 spike protein在体外可增强激动剂诱导的血小板聚集，而CoQ10可通过降低氧化应激水平抑制这种效应。因此，该研究从不同层次明确了CoQ10通过调控血小板整合素αIIbβ3防治AS的作用及其可能的机制，为CoQ10防治血栓相关心血管疾病提供了重要的理论依据。.截止目前为止，本课题共发表项目相关的通讯作者SCI学术论文18篇，其中中科院1区的文章7篇，影响因子大于5的共17篇；同时还发表中文核心期刊3篇，课题负责人或者研究生多次参加国际国内学术会议交流，口头汇报及电子壁报共15篇。在国际国内交流合作中，保持与加拿大多伦多大学倪合宇教授、中山大学凌文华教授进行定期的互访与课题交流研讨。在该项目支持帮助下已培养毕业博士研究生1名，硕士研究生2名，同时新招募博士后1名，主要开展了CoQ10营养流行病学研究。本课题按项目计划书任务已经顺利完成全部计划。