動脈粥樣硬化新靶點｜香港中文大學(xué)田小雨教授團隊揭示內(nèi)皮細(xì)胞SIRT3在AS中的保護作用
2024年1月17日，香港中文大學(xué)田小雨教授團隊在Adv. Sci.（IF 15.1）上在線發(fā)表了題為“Role of Argininosuccinate Synthase 1 -Dependent L-Arginine Biosynthesis in the Protective Effect of Endothelial Sirtuin 3 Against Atherosclerosis”的研究成果。研究證明了內(nèi)皮細(xì)胞SIRT3在動脈粥樣硬化中的保護作用，也表明SIRT3誘導(dǎo)的ASS1去乙酰化對精氨酸合成具有關(guān)鍵作用。
研究背景
動脈粥樣硬化是由高脂血癥引起的內(nèi)皮細(xì)胞(EC)功能障礙和血管炎癥造成的。已有研究表明，蛋白質(zhì)翻譯后修飾在動脈粥樣硬化發(fā)病機制中具有重要作用。Sirtuin 3 (SIRT3)是一種線粒體去乙?；?/span>，體外或體內(nèi)抑制SIRT3可導(dǎo)致線粒體以及一些非線粒體蛋白的超乙?；?，影響蛋白質(zhì)功能和激活，因此被認(rèn)為是心血管疾病的潛在治療靶點。然而，內(nèi)皮細(xì)胞SIRT3在動脈粥樣硬化中的具體作用仍然知之甚少。
研究結(jié)果
1、內(nèi)皮細(xì)胞SIRT3的缺失加劇小鼠動脈粥樣硬化斑塊的形成
為研究內(nèi)皮細(xì)胞SIRT3在動脈粥樣硬化中的作用，研究人員構(gòu)建了內(nèi)皮選擇性SIRT3敲除小鼠(Sirt3EC-KO)和野生型小鼠(Sirt3EC-WT)，并通過注射AAV8-PCSK9以及為期12周的高膽固醇飲食以誘導(dǎo)小鼠實驗性動脈粥樣硬化，病毒注射后PCSK9的表達明顯增加，同時小鼠肝臟中低密度脂蛋白受體(LDLR)水平降低。結(jié)果顯示Sirt3EC-KO小鼠的血清甘油三酯水平略高于Sirt3EC-WT小鼠，而血清總膽固醇水平、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-c)、高密度脂蛋白膽固醇(HDL-c)無顯著差異。此外，Sirt3EC-KO小鼠動脈粥樣硬化斑塊形成增加，膠原蛋白含量明顯降低，表明選擇性敲除內(nèi)皮細(xì)胞中的Sirt3加劇了動脈粥樣硬化斑塊的形成。進一步研究表明，Sirt3EC-KO小鼠斑塊局部的巨噬細(xì)胞浸潤和炎癥反應(yīng)顯著升高，表明內(nèi)皮細(xì)胞SIRT3的缺失誘導(dǎo)了更嚴(yán)重的血管炎癥。
圖1.內(nèi)皮細(xì)胞SIRT3的缺失促進了HCD誘導(dǎo)的動脈粥樣硬化中的斑塊沉積和炎癥
2、內(nèi)皮細(xì)胞SIRT3通過ASS1的去乙?；{(diào)控L-精氨酸生物合成
為了解SIRT3如何調(diào)節(jié)血管穩(wěn)態(tài)，研究人員進一步探索了SIRT3的靶點。首先研究了幾種EC類型中蛋白質(zhì)的乙?；?，在Sirt3EC-KO小鼠肝臟分離的ECs中，研究人員觀察到在SIRT3蛋白缺失的情況下乙?；嚢彼?簡稱Ac-K)普遍增加，并且在不同類型的細(xì)胞中抑制SIRT3表達，均導(dǎo)致線粒體蛋白超乙?；?。接下來，研究人員通過代謝組學(xué)分析探究了線粒體蛋白乙?；淖?nèi)绾斡绊慐C代謝，發(fā)現(xiàn)與野生型對照相比，Sirt3EC-KO小鼠血清中的L-精氨酸濃度顯著降低，提示SIRT3的靶點可能參與調(diào)節(jié)精氨酸生物合成或精氨酸分解代謝，而精氨酸可用性降低一直被認(rèn)為是內(nèi)皮功能障礙和動脈粥樣硬化斑塊形成的關(guān)鍵因素。ASS1是負(fù)責(zé)催化瓜氨酸生物合成精氨酸的限速酶，在ECs的線粒體中含量豐富。重要的是，在HUVECs中，ASS1的沉默導(dǎo)致精氨酸濃度的降低。以上說明ASS1可能是EC中SIRT3的重要新功能靶點，并進一步證實了ASS1乙?；癄顟B(tài)受SIRT3的調(diào)節(jié)，SIRT3調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞中ASS1乙?；捌湓诰彼嵘锖铣芍械拿富钚?。
圖2. SIRT3通過ASS1去乙?；{(diào)節(jié)ECs中L-精氨酸的生物合成
3、補充L-精氨酸可減輕SIRT3缺陷小鼠的動脈粥樣硬化
研究人員進一步發(fā)現(xiàn)SIRT3通過L-精氨酸調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞NO和氧化還原狀態(tài)，抑制SIRT3-ASS1增強內(nèi)皮炎癥，表明依賴于ASS1的精氨酸生物合成不僅對NO的生物利用度至關(guān)重要，而且對ECs中NO的抗炎作用也至關(guān)重要，而這種抗炎作用是由SIRT3依賴性脫乙酰作用維持的。研究人員進一步探究了在體內(nèi)恢復(fù)精氨酸水平對挽救動脈粥樣硬化中SIRT3缺失引起的血管病理的作用，發(fā)現(xiàn)L -精氨酸處理增加了Sirt3EC-WT和Sirt3EC-KO小鼠血液循環(huán)中L -精氨酸的濃度，顯著減少了Sirt3EC-KO小鼠動脈粥樣硬化斑塊形成，同時促使膠原和α-SMA表達增加，此外斑塊區(qū)域的巨噬細(xì)胞浸潤和炎癥反應(yīng)顯著減少。經(jīng)過L-精氨酸處理的Sirt3EC-WT小鼠中Nos3的表達顯著增加，而eNOS磷酸化沒有太大變化，這表明精氨酸水平和ASS1活性可能有助于穩(wěn)定ECs中的eNOS。以上結(jié)果表明，內(nèi)皮細(xì)胞SIRT3缺失導(dǎo)致的斑塊形成增強、斑塊不穩(wěn)定和血管炎癥加劇可能是由于內(nèi)皮細(xì)胞中ASS1介導(dǎo)的精氨酸合成受損。
圖3. 補充L-精氨酸可減緩Sirt3EC-KO小鼠的動脈粥樣硬化進展
小結(jié)
本研究為內(nèi)皮細(xì)胞SIRT3通過介導(dǎo)ASS1去乙?；S持血管穩(wěn)態(tài)和預(yù)防動脈粥樣硬化的作用提供了新的見解。ASS1負(fù)責(zé)從頭開始的精氨酸生物合成，這突出了精氨酸生物合成和尿素循環(huán)酶在內(nèi)皮功能中的重要性，為進一步的臨床研究奠定了基礎(chǔ)。
