硫化氢通过VEGFR2胞内激酶活性结构域中分子开关促进心肌微血管新生的作用及其机制

Both the hemodynamics of coronary circulation in acute myocardial infarction and the remodeling of coronary vasculature in the chronic phase have pivotal roles in heart failure after myocardial infarction. The present study aims to examine the effects of hydrogen sulfide on the hemodynamics of coronary circulation in acute myocardial infarction and the angiogenesis of coronary vasculature in chronic heart failure. The “receptor” of hydrogen sulfide and the molecular switch in the intracellular kinase domain liable for hydrogen sulfide regulation and the atomic biology about how hydrogen sulfide breaks the disulfide bond C1045-C1024 of VEGFR2, including attacking path, steric hindrance and interaction of frontier molecular orbitals. The tissue specific role of endogenous hydrogen sulfide generated from CSE, CBS and MPST will also be investigated in coronary vascular remodeling. The role of local hydrogen sulfide will be examined in comparison with that of circulating hydrogen sulfide. The study might clarify the mechanisms underlying the role of hydrogen sulfide on the angiogenesis of coronary vasculature, in particular the“receptor” of hydrogen sulfide and the molecular switches.

心肌梗死急性期冠状血管侧枝循环血流动力学的变化，以及修复期心肌内微血管新生过程对于心梗后心衰的发生发展至关重要。本项目拟在前期工作基础上探讨硫化氢是否可以促进急性心梗后冠脉侧枝循环的开放，以及是否可以对急性心梗后修复期冠脉微血管新生产生影响；进而研究硫化氢“受体”VEGFR2胞内激酶活性结构域中的分子开关在介导硫化氢信号中的作用及其调节机制，并深入研究硫化氢打开VEGFR2二硫键分子开关C1045-C1024的原子生物学机制，包括疾病状态对原子间亲核攻击过程中的攻击路径、空间位阻以及前线分子轨道间相互作用的影响及其机制；还将观察三种内源性硫化氢合成酶（CSE、CBS和MPST）在冠脉侧枝循环开放和血管新生中的作用，包括循环硫化氢以及组织特异性硫化氢合成系统的作用及其机制。本项目的意义在于阐明硫化氢在心肌内微血管新生中的作用及其机制，尤其是确定硫化氢“受体”及其分子开关的调节机制。

硫化氢（H2S）是一种近年来被发现具有重要生理活性的新型内源性气体分子。本项目聚焦H2S对心肌的保护作用及其机制进行研究，包括缺血后的微血管的新生，糖尿病模型下高糖导致的微血管新生障碍，以及高糖下心肌代谢的障碍。本项目发现，缺血后血管新生过程中，血管内皮细胞中的VEGFR2是H2S直接作用的靶分子，VEGFR2中的胞内激酶活性结构域中存在新的二硫键分子开关C1045-C1024。我们分别在VEGFR2 C1045A点突变小鼠，转入了VEGFR2 C1045A突变体的HUVEC中，以及VEGFR2 C1045A点突变重组蛋白中，证实该二硫键分子开关是H2S直接作用的位点，介导了H2S促血管新生的作用。糖尿病时，高糖刺激可导致微血管新生障碍。本项目发现，H2S可改善高糖刺激下的微血管新生，并发现在糖尿病患者与健康受试者血浆内差异表达的miR-192和miR-126-2p介导了H2S在缺氧和高糖下促微血管新生的作用。H2S调控miR-192可靶向PKP4。进一步，我们发现H2S调控两种microRNA的分子机制：H2S通过调控YB-1招募Drosha对pri-miR-192剪切；H2S抑制由于高糖上调的DNMT1水平，增强miR-126初级转录本（primary miR-126，pri-miR-126）的转录。此外，我们研究了H2S对高糖下心肌代谢障碍的改善。发现H2S在心肌细胞中的靶分子是胰岛素受体IR，H2S可促进IR的磷酸化水平和活性，直接作用位点在IR胞内激酶活性域的C1165-C1272二硫键分子开关。通过IR C1165A点突变小鼠实验，证实H2S可以通过该二硫键提高心肌的糖摄取能力。本项目深入研究了H2S促进缺氧和高糖下的微血管新生的作用及其机制，并发现H2S有改善高糖下心肌细胞代谢的作用。本项目发表SCI论文5篇，合计影响因子29.478（按论文发表当年影响因子计算），学术专著1本。培养博士研究生4名，硕士研究生1名。项目负责人朱依纯教授领衔的中药来源小分子活性物质的基础与转化医学研究团队2019年和2022年入选上海市高水平地方高校创新团队。本项目成果目前尚未转化应用，但是引导了H2S改善缺血后及糖尿病情况下心肌内微血管新生并通过心肌代谢的改善对心肌起到保护作用，为目前开展的H2S化学供体心血管保护药物的研究打下了基础。