Sci Transl Med | 乙酰化！站在脂质代谢和表观修饰的交汇点上！揭秘血管重构背后的奥秘

【研究背景】

肺动脉高压（PAH）以肺小动脉重塑为主要特征。近年来，越来越多的证据表明 PAH 也是一种涉及糖脂代谢紊乱的代谢性疾病。然而，糖脂代谢的关键靶点与血管重塑之间的关系尚不清楚。加拿大魁北克心肺研究所Sebastien Bonnet教授团队在Science Translational Medicine上发表题为“ATP citrate lyase drives vascular remodeling in systemic and pulmonary vascular diseases through metabolic and epigenetic changes”的研究论文，揭示了在PAH的血管重构过程中，肺动脉组织的ACLY表达上调，而ACLY抑制可减轻血管重构。这一发现表明ACLY可作为治疗复杂血管疾病的潜在靶点，为临床干预提供了新思路。

ATP柠檬酸裂合酶（ACLY）及其磷酸化形式（pACLY）在PAH患者的肺动脉及肺动脉平滑肌细胞（PASMCs）、冠状动脉疾病（CAD）患者的冠状动脉平滑肌（CoASMCs）中表达显著增加。Serine-455位点的磷酸化被认为是增强ACLY活性的主要机制。

图1 PAH或CAD患者的病变动脉和动物模型中ACLY表达升高

用siRNA靶向沉默ACLY，观察到ACLY沉默对PAH-PASMCs和CAD-CoASMCs的增殖、存活和迁移存在显著抑制作用。BMS-303141（ACLY的药物抑制剂）对ACLY活性同样存在上述抑制作用。

图2. ACLY可促进PAH-PASMC和CAD-CoASMC的增殖和存活

【ACLY的亚细胞定位】

免疫荧光分析结合WB，发现 ACLY 在病变PAH-PASMCs 与 CAD-CoASMCs 细胞核中的表达明显高于对照组细胞，表明 ACLY 可能参与病变细胞核的乙酰化过程。ACLY沉默使细胞核中的乙酰CoA含量显著减少，表明 ACLY 在为细胞核提供乙酰CoA方面起到了重要作用。

【ACLY沉默对组蛋白乙酰化转移酶（HAT）活性的影响】

乙酰CoA是 HAT 活性所必需的。在 PAH-PASMCs 中，ACLY沉默导致细胞核 HAT 活性显著下降，继而直接下调了组蛋白的乙酰化（包括 H3K27、H3K9 和 H4）水平。这种下降与组蛋白去乙酰化酶（HDACs）或 SIRT家族的表达水平无关，表明乙酰化组蛋白水平的下降主要是由于CoA的减少，而非去乙酰化酶活性的变化。

图3. ACLY调节组蛋白乙酰化和FOXM1的激活

通过bulk RNA-seq分析了PAH-PASMCs和CAD-CoASMCs在ACLY基因沉默前后的转录组变化。在PAH-PASMCs中，检测到1163个差异表达的转录本，其中634个上调，529个下调。

对差异表达基因进行KEGG通路分析。分析结果显示，与脂肪酸（FA）和胆固醇生物合成相关的基因在PAH-PASMCs和CAD-CoASMCs中下调基因中有较高的富集度（图4, E-F）。比较两种细胞类型的差异表达基因集，发现有212个基因重叠，其中88个基因上调，124个基因下调（图4, G）。GO分析表明，重叠的下调基因主要涉及胆固醇生物合成和细胞增殖相关的基因。

图4. ACLY敲低后病变平滑肌细胞的转录组学特征

使用EnrichR网站上的ChEA 2022基因集库进行分析，结果显示FOXM1是控制124个共享下调基因表达的主要转录因子。

【抑制ACLY影响FOXM1的乙酰化】

CUT&RUN和qPCR分析表明，ACLY抑制会降低FOXM1基因位点的AcH3K27（乙酰化的组蛋白H3K27）和AcH3K9的水平，导致FOXM1转录位点的染色质可及性下降，抑制了FOXM1的转录活性。

【FOXO1和FOXM1的竞争作用】

FOXO1的第294位赖氨酸（Lys294）乙酰化后，与DNA的亲和力下降，进而促进其天然拮抗因子FOXM1的作用。在ACLY抑制的条件下，乙酰CoA生成减少，导致FOXO1的乙酰化水平下降，从而抑制了FOXM1的表达。

（敌人的敌人就是朋友）

【抑制ACLY促进FOXM1去乙酰化】

免疫沉淀实验（使用抗乙酰化赖氨酸抗体）表明，ACLY抑制通过减少FOXM1的乙酰化水平，促进了FOXM1的去乙酰化，进而不稳定化FOXM1。这种去乙酰化抑制了FOXM1与其目标基因启动子的结合，从而影响基因转录。

【GCN5在ACLY信号传导中的作用】

GCN5是一种HAT，其乙酰化活性与ACLY有所重叠，表达量同样在PAH-PASMCs和CAD-CoASMCs中显著上调。在PAH-PASMCs和CAD-CoASMCs中使用BA3（GCN5抑制剂），可导致组蛋白乙酰化水平下降，FOXM1表达下调，进而起到抗细胞增殖和促凋亡作用。

结论：ACLY敲低通过抑制FOXM1和GCN5，进而影响与细胞增殖和脂质代谢相关基因的表达，从而参与PAH和CAD的发生机制。

图5. ACLY对基因表达的影响是由GCN5和FOXM1介导的

【抑制ACLY对糖代谢的影响】

抑制ACLY可使糖酵解向有氧呼吸转变：具体表现为糖酵解相关酶（如LDHA、PFKFB3）表达下降、降低细胞外酸化率（ECAR）降低，表明糖酵解途径被抑制；同时基线氧气消耗率（OCR）、最大OCR储备等显著提升，表明ACLY抑制了促进线粒体有氧呼吸。

【抑制ACLY对脂质代谢的影响】

ACLY缺失可抑制胆固醇与脂肪酸（FA）合成：具体表现为胆固醇合成关键酶（如DHCR24、SREBF2、HMGCS1）表达下降、磷酸化的乙酰CoA羧化酶（p-ACC）/ACC比值增加、具有潜在脂毒性的多不饱和脂肪酸减少、细胞内脂滴显著减少。

【BMS-303141（ACLY抑制剂）对PAH改善作用】

• 动物模型：Su/Hx大鼠

• 研究结果：BMS-303141治疗显著降低了Su/Hx大鼠的右心室收缩压（RVSP）、平均肺动脉压（mPAP）以及肺小动脉的壁厚度；PCNA阳性的PASMCs比例减少、凋亡PASMCs的比例显著增加；同时对心肝肾功能无显著毒性、对全身代谢水平无明显影响。此外，BMS-303141治疗还可显著降低PASMCs中的组蛋白H3乙酰化水平，进一步表明ACLY抑制通过调节表观遗传学机制影响PAH的进展。

【平滑肌特异性Acly基因缺失对PAH进展的影响】

• 动物模型：Acly^+/flox;Tg^+/Tagln-Cre、Acly^flox/flox;Tg^+/Tagln-Cre、Acly^flox/flox;Tg^{+/Myh11-CreERT2}

• 研究结论：平滑肌特异性ACLY基因缺失能够显著减缓PAH的发展，包括肺动脉血流动力学改善、肺动脉平滑肌重塑减轻和细胞增殖减少等。ACLY缺失通过表观遗传学影响平滑肌细胞的增殖和凋亡，从而减轻PAH的病理进程。

  
  

图7. 药物抑制ACLY和靶向平滑肌细胞的ACLY功能丧失可改善颈动脉损伤和颈动脉结扎引起的血管重塑

• 精密切割肺片（PCLSs）模型：是一种实验模型，能够在器官样本中研究药物的急性和慢性效应。这种模型通过在体外保存活组织，使研究者能够观察药物在几天内对组织的作用，提高了研究结果的转化潜力。

• 实验设计：从没有PAH的患者获取的PCLSs暴露于由内皮素-1、PDGF-BB和成纤维生长因子2（FGF2）组成的生长因子组合，以诱导血管壁重塑，显示出明显的中层壁增厚；使用BMS-303141显著减少了中层壁厚度和细胞增殖。从患有PAH的患者获得的PCLSs中，BMS-303141显著逆转了中层壁厚度和细胞增殖。提示ACLY抑制可能对PAH有潜在的治疗作用。

  
  

• 人类冠状动脉模型和人类大隐静脉环模型：BMS-303141通过减少血管壁增厚、内腔面积缩小以及细胞增殖和生存标志物的表达，抑制了血管的异常收缩性重塑。

  
  

  图8. ACLY抑制减少人pcls和冠状动脉环的血管重构

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