水甘油通道蛋白AQP3在动脉粥样硬化泡沫细胞形成过程中的作用及其机制研究

The steady-state imbalance of lipid metabolism in macrophages leading to the formation of foam cells in the arterial wall has long been recognized as a critical step in the development of atherosclerosis, however, the molecular mechanisms underlying this process are not fully understood. Aquaporin 3 (AQP3), a membrane protein that is expressed on macrophages, can transport both water molecule and glycerol. Glycerol is an important substrate for the synthesis of triglycerides and ATP in macrophages. Our preliminary data showed that AQP3 expression was examined in atherosclerotic lesions in western diet-fed ApoE-/- mice. AQP3 expression was increased during atherosclerosis progression and upregulation of AQP3 occurred markedly in macrophages. Exposure of macrophages to oxidized low-density lipoprotein upregulated AQP3 in vitro. Furthermore, AQP3 deficiency inhibited foam cell formation. In view of important roles of the content of triglycerides and ATP in lipid metabolism homeostasis, these results suggested that AQP3 might play a regulatory role in the formation of foam cell by mediating the permeability of glycerol in macrophages. In this study, we try to explore the molecular characteristics and the roles in modulation of local lipid metabolism homeostasis of AQP3 in macrophages. Then we try to investigate the roles of AQP3 in the formation of atherosclerosis.

巨噬细胞内脂质代谢稳态失衡形成泡沫细胞是动脉粥样硬化（AS）病变的关键环节，但发生机制尚未完全阐明。水甘油通道蛋白3（AQP3）是可特异性转运水及甘油的膜蛋白，其中甘油是细胞合成甘油三酯及产生ATP的重要底物。前期研究发现，AQP3在AS斑块巨噬细胞中高表达，在泡沫细胞中明显上调，AQP3基因敲除可抑制泡沫细胞的形成。基于巨噬细胞内甘油三酯含量以及受能量代谢调节的脂质摄入、外排过程对泡沫细胞形成的重要作用，提示AQP3可能通过介导巨噬细胞对甘油的通透性，参与胞内脂质代谢稳态的维持，从而影响AS的病程进展。故本课题拟应用AQP3沉默或敲除的巨噬细胞泡沫化模型，阐明AQP3对泡沫细胞形成过程的影响及分子机制；应用AQP3与ApoE双基因敲除小鼠AS模型，验证AQP3对AS斑块形成的影响。达到从水甘油通道蛋白领域深入探讨维持巨噬细胞脂质代谢稳态机制的目的，并为探寻新的AS防治靶点提供有力证据。

动脉粥样硬化的发生和发展与巨噬细胞泡沫化及巨噬细胞炎性反应密切相关。水甘油通道3（AQP3）在巨噬细胞中有表达，是可特异性转运水、甘油及H2O2的膜蛋白。一方面巨噬细胞对甘油的通透性会影响其吞噬、增殖和迁移的能力，另一方面巨噬细胞对H2O2的通透性会影响其活化及表型转化，提示AQP3可能参与动脉粥样硬化斑块的形成与发展。本项目主要研究AQP3在动脉粥样硬化发生、发展过程中的表达和分布特点，AQP3在巨噬细胞泡沫化过程中的作用及分子机制，以及AQP3对巨噬细胞活化及表型转化的影响。结果发现，在高脂饮食诱导ApoE基因敲除小鼠建立的动脉粥样硬化模型中，AQP3在主动脉全长及主动脉根部随着病程的发展表达明显升高，且斑块中高表达的AQP3主要分布在巨噬细胞表面。在体外实验中，THP-1经诱导所得的人巨噬细胞及原代培养的小鼠腹腔巨噬细胞中同样表达AQP3，并且在OxLDL诱导巨噬细胞泡沫化的过程中，AQP3表达水平随着巨噬细胞泡沫化程度增加也显著上调。进一步研究发现，AQP3基因敲除可抑制巨噬细胞泡沫化，并且这一作用主要是通过降低巨噬细胞表面清道夫受体SR-A和LOX-1的表达，减少巨噬细胞对ox-LDL的摄取实现的。同时我们还发现，在LPS，IL-4诱导的小鼠原代骨髓巨噬细胞炎症模型中，AQP3基因敲除可减少IL-6，TNF-α，IL-1β的表达， 抑制巨噬细胞向M1型转化；同时，AQP3基因敲除可增加Arg-1，Ym-1的表达，促进巨噬细胞向M2型转化。以上研究表明AQP3通过调节巨噬细胞泡沫化及免疫炎症反应，从双重角度参与动脉粥样硬化过程，可能成为有效的防治动脉粥样硬化的药物靶点，并为动脉粥样硬化疾病的防治提供了全新的思路。