Cell Metabolism | 余路阳团队合作发文阐明动脉粥样硬化中血管内皮的关键代谢调控机制

2023-07-03 12:07

现代社会中伴随不良生活方式及饮食习惯，心血管疾病已经取代肿瘤成为影响人类身体健康的首要威胁，心血管疾病逐渐给个人健康、家庭幸福及社会医疗保障带来极严重负担。动脉血管壁的脂质斑块沉积与诸多心血管疾病的发生息息相关，脂质斑块的持续沉积会引发一些列血管结构病变—动脉粥样硬化，如冠状动脉粥样硬化、主动脉粥样硬化及颈总动脉粥样硬化等。脂质斑块持续积累以及斑块内部稳态受损会导致管腔狭窄、斑块破裂及血液外溢等病情，严重危害心脏、大脑或其他器官的正常功能，并最终危及生命。因此，针对心血管疾病发生、发展的科学研究不仅在生命医学研究中具有重要意义，更具有重要社会学价值。

2023年6月15日，浙江大学生命科学学院余路阳教授团队与耶鲁大学Michael Simons教授团队和宾夕法尼亚大学Zoltan Arany联合在Cell Metabolism杂志上发表题为“Acetate controls endothelial-to-mesenchymal transition”的研究论文，首次阐明了血管内皮细胞间充质转化过程中TGFβ/RSMADs—Glycolysis—Acetate/acetyl-CoA—ALK5/RSMADs调控环路，并为动脉粥样硬化等相关心血管疾病的预防、治疗提供了新思路。

血管内皮细胞间充质转化（Endothelial-Mesenchymal transition, EndMT）是由炎症驱动的细胞表型的转变，在动脉粥样硬化、血管纤维化及肺动脉高压等慢性心血管疾病的发生、发展过程中发挥重要作用。EndMT 受到多个信号通路的调控，如bFGF/FGFR1、TGFβ/RSMADs、PDGFR、WNT/β-Catenin以及低氧HIF1α信号通路等，其中TGFβ/RSMADs信号通路在血管病理发生中的作用被研究最为广泛，是驱动EndMT 最重要因素之一。TGFβ/RSMADs信号在健康血管内皮细胞中处于低水平状态，该信号通路活化首先通过削弱bFGF/FGFR1信号通路破坏血管内皮细胞稳态，同时增强血管内皮细胞表面黏附因子VCAM1、ICAM1等的表达，促进炎症细胞在血管壁内的侵润、转移及分化。另一重要方面，TGFβ/RSMADs信号活化能够抑制内皮细胞功能维持相关蛋白的表达并促进血管内皮细胞直接向间充质细胞表型进行病理性转变。根据已有研究，系统性抑制TGFβ/RSMADs信号很可能会破坏血管平滑肌细胞的稳态，加重血管动脉粥样硬化，甚至引发动脉瘤。因此，组织特异性抑制血管内皮细胞TGFβ/RSMADs信号是治疗EndMT相关疾病的首要选择。

血管内皮细胞具有高度依赖糖酵解供能的代谢特性，因此，探究EndMT过程中的糖代谢变化及其调控机制并针对性地进行干预将可能成为治疗EndMT相关疾病的有效手段。本研究以TGFβ/RSMADs信号活化驱动EndMT为出发点，基于血管内皮细胞高度依赖糖酵解的代谢特性，首先借助转录组学及糖代谢组学分析，对糖代谢相关基因的表达及蛋白水平进行了分析，发现TGFβ/RSMADs信号活化通过显著提高葡萄糖转运蛋白--GLUT1蛋白水平显著增强血管内皮细胞对葡萄糖的摄取并促进糖酵解通路。研究人员通过CHIP-qPCR分析还发现，SMAD2/3通过直接结合方式调控并抑制丙酮酸脱氢酶蛋白激酶4（PDK4）的转录，显著降低丙酮酸脱氢酶（PDHE1α）的磷酸化水平，进而促进丙酮酸脱氢酶的活性及乙酸盐（acetate）/乙酰辅酶A（acetyl-CoA）产生。同时，为进一步阐明血管内皮细胞内乙酰辅酶A的来源，研究团队借助对13C6-Glucose、13C2-Acetate等代谢物的示踪标记，明确了EndMT过程中葡萄糖是乙酸盐及乙酰辅酶A的主要来源。此外，通过功能缺失、功能获得等研究手段，研究团队成功鉴定出血管内皮细胞内负责乙酰辅酶A合成的重要合成酶--乙酰辅酶A合成酶2 ACSS2，并发掘出促进EndMT的乙酸盐—ACSS2—乙酰辅酶A代谢调控通路。进而，研究团队对多个临床升主动脉样本进行分析后发现，ACSS2蛋白表达量在具有明显动脉粥样硬化斑块的血管内皮层及新生内膜中皆显著升高，暗示该蛋白很可能与动脉粥样硬化的发生存在正相关性。最后，通过构建血管内皮细胞特异性Acss2基因敲除小鼠，结合动脉粥样硬化ApoE-/-小鼠模型，明确了血管内皮细胞Acss2蛋白在促进小鼠动脉粥样硬化发生中扮演重要角色。本研究阐明了驱动EndMT发生的TGFβ/RSMADs—Glycolysis—Acetate/acetyl-CoA—ALK5/RSMADs调控环路，并为TGFβ及EndMT相关心血管疾病的治疗提供了潜在的治疗靶点—ACSS2。