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研究背景:心脑血管疾病是一类高发生率、高致残率、高致死率的心血管和脑血管功能障碍相关疾病,目前已成为威胁全人类健康的首要因素。心脑血管疾病的发病率与多种因素有关,其中包括PM2.5（Particular matter 2.5）污染。多项研究证据表明PM2.5暴露能够使心血管疾病的发病风险增高。由于PM2.5组成成分复杂多样,各组分浓度并不能维持稳定,跟外界气候、时间、温度、地理环境等密切相关,因此临床研究建立稳定的PM2.5研究模型面临巨大挑战,与此同时,目前PM2.5介导心脑血管毒性的具体分子信号机制尚不清晰。寻找PM2.5影响心脑血管健康的生物机制,针对心脑血管保护提出有效的研究策略,开发可靠的临床干预和治疗手段已成为研究者们不断努力攻克的难题。血管内皮细胞作为脉管系统结构中的重要组成部分,大都位于血管腔内壁,构成血管内外物质交流的屏障。细胞周期依赖素蛋白激酶5（Cyclin-Dependent Kinase 5,CDK5）是一类经由脯氨酸引导的苏氨酸/丝氨酸蛋白激酶,参与细胞迁移、增殖、凋亡、衰老等关键生理进程。在中枢神经系统中,Cdk5主要参与神经细胞迁移、轴突导向、突触发生与传递、神经细胞凋亡等重要生物学过程。然而目前极少研究关注Cdk5在心脑血管系统中的重要作用,关于Cdk5与心脑血管疾病的关系以及其中的分子信号变化规律的研究证据仍需要继续完善。研究目的:本研究以血管内皮细胞Cdk5敲低的小鼠为研究模型,以高浓度PM2.5暴露（Concentrated Ambient PM2.5,CAP）处理,探究基因因素与环境因素在心脑血管病变发生过程扮演的重要角色,揭示基因与环境因素共同作用对心脑血管损伤相关联的机制,旨在为临床上防治心脑血管毒性的研究提供新的理论依据和新思路。研究方法和结果:首先,本研究借助于生物信息学分析手段发现血管内皮细胞Cdk5对中枢系统稳态的维持至关重要。CCK8实验结果揭示:相较于肺上皮细胞,内皮细胞对PM2.5刺激更敏感。因此本研究构建了血管内皮细胞敲低Cdk5的小鼠模型Cdh5-Cre;Cdk5f/n,并且通过行为学实验筛查发现血管内皮特异性敲低Cdk5小鼠无认知障碍和焦虑样表型。此后对Cdh5-Cre;Cdk5f/n和WT（Wild Type）小鼠进行2个月的PM2.5高浓度暴露处理,我们通过蛋白免疫印迹、RT-q PCR等实验方法,确认PM2.5暴露以及血管内皮敲低Cdk5处理后不会引起小鼠血脑屏障（Blood Brain Barrier,BBB）紧密连接的破坏和脑内炎性反应的发生。接着我们通过行为学分析手段进一步佐证PM2.5暴露以及血管内皮Cdk5敲低均不能导致中枢系统神经功能障碍。为了考察除神经系统以外的脑血管的正常生理功能是否受到损伤,本研究采用了血管张力分析、血管肌源反应检测以及激光多普勒检测等手段证明血管内皮敲低Cdk5或者CAP处理后,由AngⅡ和NE介导的小鼠脑血管舒缩能力并没有发生改变,并且CAP暴露不会引起Cdh5-Cre;Cdk5f/n和WT小鼠的血管肌源活性和脑血流改变。综上研究表明CAP暴露和血管内皮Cdk5敲低对中枢系统微血管功能无毒性作用。在后续研究中,我们将焦点转向探究环境和基因因素在外周系统中扮演的角色,肺组织H&E染色发现与FA（Filter Air,FA）组相比,CAP组的Cdh5-Cre;Cdk5f/n小鼠和WT小鼠的肺形态结构发生病理改变,然而与WT组相比,Cdh5-Cre;Cdk5f/n小鼠没有发生肺组织结构病理损伤,这些结果提示PM2.5能引起明显肺部损伤,而内皮Cdk5敲除不参与其中。接下来,我们通过对胸主动脉的血管张力检测分析发现:与Cdh5-Cre;Cdk5f/n+FA组小鼠相比,Cdh5-Cre;Cdk5f/n+CAP小鼠在血管紧张素或者去甲肾上腺素等血管收缩剂的处理下血管收缩性显著提高,而WT小鼠经CAP处理与FA处理后血管张力并无变化,提示血管内皮敲低Cdk5小鼠对PM2.5刺激更敏感并且PM2.5能够引起Cdh5-Cre;Cdk5f/n小鼠血管收缩增强。为了进一步解释PM2.5和Cdk5敲低导致心血管毒理效应的潜在分子机制,我们利用免疫印迹实验证明血管内皮Cdk5敲低可导致动脉段上表达血管紧张素1型受体（AngiotensinⅡtype 1 receptor,AT1R）增加,此外与FA组的Cdh5-Cre;Cdk5f/n小鼠相比较,Cdh5-Cre;Cdk5f/n小鼠在CAP暴露后外周动脉段的AT1R蛋白表达有增高趋势,然而AT1R的下游信号分子Calmodulin和PKC的表达均未发生变化,提示血管收缩提高并非由PLC-DAG/IP3经典信号通路介导。结论:血管内皮敲低Cdk5与PM2.5协同作用不会导致中枢神经以及血管系统的毒性效应,然而可以介导外周血管收缩功能改变,引起外周动脉收缩增加。经PM2.5暴露处理,Cdh5-Cre;Cdk5f/n小鼠外周血管AT1R表达有上调趋势,进而导致其血管收缩增强,然而这与PLC-DAG/IP3介导血管收缩的信号通路无关。