Cell Metab：血管内皮细胞间充质转化对于心血管疾病的预防作用

心脑血管疾病是心脏血管和脑血管疾病的统称，泛指由于高脂血症、血液黏稠、动脉粥样硬化、高血压等所导致的心脏、大脑及全身组织发生的缺血性或出血性疾病。心脑血管疾病是一种严重威胁人类，特别是50岁以上中老年人健康的常见病，具有高患病率、高致残率和高死亡率的特点，即使应用最先进、完善的治疗手段，仍可有50%以上的脑血管意外幸存者生活不能完全自理，全世界每年死于心脑血管疾病的人数高达1500万人，居各种死因首位。

其病因主要有4个方面：①动脉粥样硬化、高血压性小动脉硬化、动脉炎等血管性因素；②高血压等血流动力学因素；③高脂血症、糖尿病等血液流变学异常；④白血病、贫血、血小板增多等血液成分因素。

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-- 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。

本研究由耶鲁大学医学院心血管研究中心Michael Simons实验室、浙江大学生命科学学院余路阳教授实验室以及宾夕法尼亚大学医学院Zoltan Arany实验室合作完成。耶鲁大学心血管研究中心副研究员朱晓龙博士（原余路阳教授实验室博士后）、浙江大学生命科学学院博士生王云云及宾夕法尼亚大学医学院博士生Ioana Soaita为本文共同第一作者。Michael Simons、Zoltan Arany、余路阳教授为本文共同通讯作者。

原文链接：

https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(23)00203-6