KDM4A调控平滑肌细胞自噬在年龄相关性血管老化中的作用及机制

Age-related vascular aging is a key factor of various cardiovascular diseases. However, the role of vascular smooth muscle cells (VSMC) in age-related vascular aging is poorly understood. The present study for the first time aims to explore the epigenetic regulation of autophagy by KDM4A in VSMCs. The preliminary results revealed that vascular aging was observed in the smooth muscle-specific autophagy-related gene 7 (ATG7) deletion mice, increased expression of KD4MA in the VSMCs showed signs of vascular aging in 24-month old mice, and defective autophagy in VSMCs promoted the mitochondria dysfunction. We thus put forth the hypothesis: KD4MA suppresses VSMC autophagy by inhibiting the transcription of ATG7, thereby accelerating mitochondria dysfunction and promoting the development of vascular aging. This study would delineate the role of VSMC autophagy in vascular aging and identifies its transcriptional regulation by manipulating the expression of KD4MA and ATG7 in cell and animal models. The results may provide a novel therapeutic target in the prevention and controlling of vascular diseases.

年龄相关性血管老化是多种心血管疾病的关键始发因素，但血管平滑肌细胞（VSMC）在血管老化中的作用有待进一步阐明。本研究以VSMC自噬与组蛋白去甲基化酶（KDM4A）表观遗传学调控为新切入点，首次发现：1）VSMC特异性自噬相关基因ATG7敲除小鼠血管僵硬老化；2）老龄小鼠VSMC中KDM4A表达升高；3）自噬缺陷VSMC中线粒体功能受损。结合目前研究已知：1）KDM4A通过特异性结合自噬相关基因启动子负性调控基因转录；2）线粒体功能受损可诱发老化；故推测VSMC中KDM4A表达升高后，通过负性调控ATG7转录抑制自噬，进而导致线粒体功能受损促使血管老化。本研究拟采用平滑肌细胞特异性KDM4A及ATG7基因敲除技术探讨VSMC自噬的表观遗传学调控机制在血管老化中的作用，为延缓血管老化提供新策略。

年龄相关性血管老化是动脉粥样硬化、高血压、中风及房颤的主要危险因素，有研究发现血管老化过程中伴随着血管自噬功能受损，激活自噬可以明显改善弹性大动脉年龄相关性的血管衰老，但缺乏具体细胞自噬功能缺陷促使血管衰老及自噬缺陷导致血管衰老的具体机制。本项目首先通过构建ATG7基因敲除小鼠，进一步证实自噬在血管老化中的作用，发现自噬基因敲除组小鼠收缩压明显高于对照组（57.32±3.831 vs 69.02 ±2.896，P=0.0280），且敲除组小鼠的血管中膜明显增厚，胶原沉积，弹性纤维变细，形态异常；并分别提取Atg7+/+和Atg7-/组的主动脉平滑肌细胞贴壁后进行分析发现，Atg7-/组多倍体细胞数明显减少；将原代的RAVSMC培养至第5代行β半乳糖苷酶染色，发现Atg7-/-组β-半乳糖苷酶染色阳性细胞数明显高于Atg7+/+组（1.6±0.5 vs. 17.3±2.5%, n=3, P<0.05），提示自噬抑制后促使平滑肌细胞衰老发生；并且电镜下观察到Atg7-/组小鼠主动脉中膜VSMCs内自噬小体形成明显受抑制，损伤线粒体堆积，提示平滑肌细胞自噬水平降低可能通过影响线粒体功能导致血管功能和结构异常。其次本项目利用AngII诱导小鼠血管重塑模型，发现GDF11通过增强自噬，调节ROS-MMP轴，改善血管衰老及衰老相关的血管重塑。综上，本项目进一步明确了自噬在血管衰老中的作用，并寻找到了一种小分子化合物GDF11通过调节自噬改善血管衰老及衰老相关的血管重塑。血管作为全身脏器功能的重要承载者，如果我们找到能有效改善血管衰老的药物，也意味着能改善因年龄增长带来的器官功能衰退，因此本项目的研究具有重要科学意义。