Galectin-1与L型钙离子通道CaV1.2相互作用在高血压中的应用

L-type CaV1.2 channels have a dominant role in arterial smooth muscle contraction and its dysregulation is therefore important in hypertension. Recently, we identified that galectin-1 (Gal-1), a carbohydrate-binding protein, binds directly to the CaV1.2 I-II loop in a splice variant specific manner. Functionally, Gal-1 decreases the surface expression of CaV1.2 to down-regulate the calcium currents, then inhibit the arterial constriction. Therefore, we presume that Gal-1 may make important roles in the development of hypertension, and propose 2 specific aims: 1) To characterize the critical residues within Gal-1 that will interact with the I-II loop, explore its modulation on the blood pressure; 2) To examine the mechanistic link between expression of Gal-1 and CaV1.2 to hypertension. To address these aims, we will generate or acquire 3 rat models of hypertension, begin a project on human hypertension and conduct experiments to uncover the mechanistic link between Gal-1 expression and CaV1.2 to hypertension; and 3) we will also design peptidergic Gal-1 mimetics to mask the CaV1.2 I-II loop to selectively downregulate CaV1.2 channels to investigate its roles in the functions of vascular smooth muscle, and even in the modulation of blood pressure. This project will offer a new approach to the management of hypertension.

L型钙通道CaV1.2在动脉平滑肌收缩中起着非常重要的作用，其功能紊乱与高血压密切相关。我们的前期研究表明糖蛋白galectin-1（Gal-1）能以剪接体特异性方式与CaV1.2结合，通过降低CaV1.2在细胞膜上的表达下调钙离子电流，从而抑制血管收缩。我们推断Gal-1在高血压的发生发展中起着非常重要的作用，故提出了2个研究目标：1）阐明Gal-1内与CaV1.2结合的最小功能域，探索其对血压的调控作用；2）验证Gal-1与CaV1.2在高血压中关联及作用机制。为此，我们将构建3种高血压大鼠模型，同时收集临床血管样本研究Gal-1与CaV1.2在高血压中的作用机制。3）我们还将合成与CaV1.2 I-II loop结合的Gal-1的多肽类似物，选择性下调CaV1.2的功能，以验证其对血管平滑肌功能，乃至血压的调控作用。这一项目的开展能为高血压的治疗提供一个崭新的途径。

由高血压而引起的病理性心肌肥大是一种较常见的心肌病，细胞内钙离子稳态对于细胞正常功能的维持起到重要作用，尤其是在心血管系统中，经L型钙离子通道（L-type calcium channel，LTCC）CaV1.2介导的钙离子内流影响心肌细胞兴奋-收缩耦联、平滑肌收缩等重要生理功能。在此前的研究中我们发现，钙离子通道α亚基中可变剪接外显子9*与通道电生理性质有关。半乳糖凝集素1（Galectin-1，Gal-1）作为一种半乳糖结合蛋白，能够在血管中通过与不含9*的CaV1.2可变剪接体CaV1.2 CM9*结合发挥调节血管收缩的作用。然而，Gal-1在心肌细胞中与CaV1.2的作用尚不明确。本研究发现，在自发性高血压及横主动脉缩窄术诱导的后负荷增大型心肌肥大中，Gal-1与CaV1.2可变剪接体外显子9*的表达均有上升。在体外培养的心肌细胞中，给予异丙肾上腺素（Isoproterenol，ISO）也可导致相同的结果。此外，通过全细胞膜片钳技术检测我们发现，Gal-1能够显著抑制心脏中不含外显子9*的CaV1.2钙离子通道（CaV1.2CMdelta9*）的电流密度，但对含外显子9*的CaV1.2钙离子通道（CaV1.2CM9*）无影响；进一步，在分离的原代心肌细胞中过表达Gal-1能降低由ISO或氯化钾诱导的细胞胞内钙离子升高，抑制相关肥大基因的表达，并降低ISO诱导的心肌细胞表面积增大。除此之外，过表达Gal-1还能降低由ISO或钙离子通道开放剂Bay K8644引起的δ钙调蛋白激酶II（δCaMKII）以及组蛋白去乙酰化酶4（HDAC4）的磷酸化水平，二者与心肌肥大的过程有密切的关系。综上，本研究发现心肌肥大病理过程与Gal-1和CaV1.2外显子9*的表达水平失调有关，Gal-1可能是治疗心肌肥大的一个潜在靶点。