【文献解读】表观遗传调控p66shc表达诱导氧化应激损伤血管内皮功能


    

心血管疾病是严重危害人类健康的头号杀手。据统计,全球每年约有1700万人死于心血管疾病;在中国每年约有300万人死于心血管疾病,占总死亡原因的41%,而且其死亡率逐年增加。动脉粥样硬化是导致心血管疾病、心肌梗死和中风的主要原因之一。内皮功能障碍是动脉粥样硬化形成的早期标志。高同型半胱氨酸血症(HHcy)可诱导动脉粥样硬化的发生并损害内皮功能。高水平的S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)是同型半胱氨酸的前体,与心血管疾病的风险以及动脉粥样硬化的发展和进展呈正相关。然而,SAH在内皮功能障碍(内皮损伤)中的作用尚不清楚。

 

2019年5月,深圳市疾控中心,中山大学公共卫生学院的研究人员在国际心血管领域顶级期刊Circulation上全文发表了题为“Inhibition of S-adenosylhomocysteine Hydrolase Induces Endothelial Dysfunction via Epigenetic Regulation of p66shc-mediated Oxidative Stress Pathway”的研究成果,阐明了SAH水平升高在内皮功能损伤中的作用,首次从分子水平阐明抑制SAHH可导致血浆SAH水平升高并通过表观遗传调控p66shc表达诱导氧化应激损伤血管内皮功能,为探索动脉粥样硬化的防治提供了新的实验依据和理论基础。第一作者是深圳市疾控中心分子流行病学重点实验室青年学科骨干、深圳市高层次人才肖云军博士,两位通信作者分别是深圳市疾病预防控制中心分子流行病学重点实验室主任、学科带头人柯跃斌教授和中山大学公共卫生学院前院长凌文华教授。

 

首先,研究人员在ApoE-/-小鼠日粮中添加ADA或静脉注射SAHH shRNA、构建SAHH杂合敲除小鼠(由赛业生物提供服务)来升高血浆SAH水平,探讨SAH在主动脉内皮功能损伤中的作用。

 

 

氧化应激在动脉粥样硬化和内皮功能损伤中起着重要的作用。活性氧(ROS)是由细胞内不同的分子过程产生的,线粒体是产生活性氧的主要部位。哺乳动物Shc基因编码的接头蛋白有三种亚型:p46shc、p52shc和p66shc。其中,p66shc是唯一参与线粒体活性氧生成的氧化还原酶。缺乏p66shc通过减少小鼠ROS的产生,对糖尿病所致的内皮功能损伤有保护作用,减少动脉粥样硬化斑块的形成。SAHH抑制可诱导小鼠主动脉和人主动脉内皮细胞产生活性氧(ROS)以及p66shc表达。

 

为了进一步研究SAHH抑制引起的p66shc表达增加是否介导了sah相关的氧化应激和内皮功能损伤,研究人员用p66shc siRNA下调了p66shc的表达,体内和体外均可显著降低SAHH抑制诱导的ROS的产生,下调P66Shc表达减轻SAH相关的内皮功能损伤,表明抑制SAHH通过P66Shc介导的氧化应激途径导致内皮功能损伤。

 

表观遗传调控参与了p66Shc表达的转录调控。他们进一步研究发现SAHH抑制通过降低DNA甲基转移酶1(DNMT1)表达及活性降低p66shc启动子甲基化从而激活p66shc的表达。最后,在冠心病患者和健康对照组中,血浆SAH水平与血流依赖性舒张功能以及p66shc基因启动子的低甲基化呈负相关,与氧化应激水平呈正相关。

 

抗氧化剂和p66shc小干扰RNA可抑制SAHH抑制性ROS的产生,减轻高SAH小鼠的内皮血管收缩反应。抑制SAHH诱导p66shc基因启动子的低甲基化,抑制DNA甲基转移酶1的表达。腺病毒介导的DNA甲基转移酶1的过度表达足以阻断SAHH抑制诱导的p66shc表达上调。最后,他们还研究了心血管疾病患者血浆SAH水平与内皮功能损伤的关系。在心血管疾病患者和健康对照者中,血浆SAH水平与血流依赖性舒张功能以及p66shc基因启动子的低甲基化呈负相关,与氧化应激水平呈正相关。

 

内皮功能障碍机制

SAH导致内皮功能障碍机制示意图

 

抑制SAH水解酶阻断SAH水解为Hcy和腺苷导致SAH累积, SAH水平升高抑制DNA甲基转移酶的转录,减少DNMT1蛋白表达,降低DNMT1活性,减少p66shc启动子甲基化和乙酰化水平,促进p66shc转录增加p66shc蛋白表达,诱导氧化应激水平增加,最终损伤血管功能。

 

总而言之,该研究首次阐明了抑制SAHH可导致血浆SAH水平升高,并通过表观遗传上调p66shc介导的氧化应激途径而导致内皮功能损伤。首次提出SAH可能是心血管疾病一个新的危险因素及动脉粥样硬化形成的真正病因,对蛋氨酸代谢导致心血管疾病的理论基础具有重要的科学贡献为心血管疾病的早期预防提供了新思路,对减轻人群心血管疾病死亡的风险也有重要的应用价值。

 

有哪些新发现?

■ 抑制SAHH可导致血浆SAH水平升高,内皮功能损伤。

■ 抑制SAHH可通过表观遗传调控p66shc的表达而增加氧化应激。

■ 在心血管患者和健康对照者中,血浆SAH水平与氧化应激水平呈正相关,与血流依赖性舒张功能以及p66shc基因启动子的低甲基化呈负相关。

 

有什么临床意义?

该研究研究为探讨SAH相关的内皮损伤在动脉粥样硬化发病机制中的作用提供了新的分子机制。

 

作者简介

肖云军

肖云军

 

博士毕业于中山大学,现为深圳市疾病预防控制中心副主任医师。主要从事蛋氨酸代谢中间产物与动脉粥样硬化及心血管疾病之间的关系及作用机制研究。首次通过队列研究发现冠心病患者血浆蛋氨酸代谢中间产物同型半胱氨酸代谢前体S-腺苷同型半胱氨酸水平与心血管疾病风险呈正相关,通过动物实验研究首次发现血浆S-腺苷同型半胱氨酸水平升高促进动脉粥样硬化形成和发展以及损伤血管内皮功能,并阐明其机制涉及诱导氧化应激促进平滑肌细胞增殖迁移和表遗传调控内质网应激基因表达以及表遗传调控p66shc诱导氧化应激。获得国家省市级课题6项,发表SCI论文23篇,其中有Circulation、Am J Clin Nutr、Arterioscler Thromb Vasc Biol、Cardiovasc Res等国际知名期刊。

 

原文检索:

Inhibition of S-adenosylhomocysteine Hydrolase Induces Endothelial Dysfunction via Epigenetic Regulation of p66shc-mediated Oxidative Stress Pathway

doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.118.036336.

 

【赛业生物科技简介】

作为实力雄厚的基因工程鼠技术平台,赛业生物已服务全球数万名科学家,赛业产品与技术已直接应用于包括CNS(Cell, Nature, Science)三大期刊在内的2800余篇学术论文。2016年,TurboKnockout把ES打靶金标准推向新高度;同年,CRISPR-Pro使大片段敲入及条件性基因敲除变得更加高效;2017年,AlphaKnockout基因打靶专家系统首次实现基于人工智能的最优化方案设计;同年7月,推出万例CRISPR-AI基因敲除小鼠资源库。赛业一步一个脚印,踏实前行,助力中国科研!