摘要: 研究背景 随着全球经济的快速增长和西方饮食习惯的普及,动脉粥样硬化性心血管疾病(Atherosclerotic cardiovascular disease,ASCVD)的死亡率和发病率持续上升,该疾病在病理生理学上以动脉粥样硬化(Atherosclerosis,AS)为基础。AS是一种慢性炎症性血管病变,主要特征是脂质在血管内膜中沉积,形成斑块。在其早期阶段,循环中的单核细胞进入血管壁并分化为巨噬细胞,后者吞噬氧化低密度脂蛋白(Oxidized low density lipoprotein,oxLDL)并在溶酶体中降解。若溶酶体功能障碍,细胞内会沉积大量胆固醇和脂质,最终形成泡沫细胞。泡沫细胞在动脉粥样硬化的各个发展阶段均发挥重要作用。 目前,抗动脉粥样硬化的药物主要包括他汀类、胆固醇吸收抑制剂和贝特类等降脂药物。尽管这些药物在降脂治疗中取得了显著效果,但临床观察表明,它们可能引发骨骼肌毒性、肝功能异常和胃肠道不适等不良反应。此外部分患者在接受标准剂量药物治疗后,疗效未能达到预期,这提示当前对AS斑块形成的分子机制仍存在一定程度的认知空白。因此进一步探讨泡沫细胞形成的调控机制,可能为AS的防治提供新的治疗靶点,并推动更加个性化的治疗策略的发展。 细胞自噬通过溶酶体途径降解异常的生物大分子,近年来的研究表明,脂噬(即脂质特异性自噬)在清除脂滴和胆固醇方面发挥重要作用,抑制泡沫细胞的形成并且具有抗AS的潜力。需要指出的是,持续的自噬活动可能导致溶酶体的耗竭,进而引发胆固醇代谢紊乱,为应对这一问题,细胞通过溶酶体再生机制,维持胆固醇酯水解和胆固醇逆转运(Reverse cholesterol transport,RCT)能力,从而有效防止脂质的蓄积。 转录因子EB(Transcription factor EB,TFEB)是溶酶体-自噬途径的主要调节因子,其活性状态直接影响溶酶体的生物合成及自噬通量。研究表明,经溶酶体受体电位粘脂蛋白1(Transient receptor potential mucolipin 1,TRPML1)钙通道释放的钙离子(Ca2+),能够激活钙调磷酸酶(Calcineurin,Cn),后者促进TFEB的去磷酸化和核转位,激活溶酶体与自噬相关基因的转录活性,从而有利于溶酶体再生乃至脂噬的进行,进而产生抗泡沫细胞形成和AS发生的作用。因此寻找激活溶酶体TRPML1的上游信号分子及其有效的激活因子或药物,将为AS的预防与治疗提供潜在的治疗靶点。 烟酸(Niacin,NA)作为烟酸腺嘌呤二核苷酸磷酸(Nicotinic acid adenine dinucleotide phosphate,NAADP)的底物,通过CD38/NAADP途径激活巨噬细胞溶酶体TRPML1介导的钙离子(Ca2+)信号传导,进而通过肝X受体α(Liver X receptorα,LXRα)依赖性机制上调尼曼-匹克C1(Niemann-Pick type C1,NPC1)蛋白的表达,促进胆固醇的外排并发挥抗AS作用。然而,该信号通路是否同样能通过TRPML1通道释放的钙离子为介导,经Cn/TFEB促进溶酶体再生乃至脂噬的进行,进而产生抗泡沫细胞形成和AS发生的作用,目前尚未见报道。 有鉴于此,我们推测CD38/NAADP与Cn/TFEB信号通路可能在NA调控巨噬细胞溶酶体再生与脂噬过程中起着关键作用,从而在对抗AS的过程中产生积极影响。 研究目的 本研究旨在探讨CD38/NAADP、Cn/TFEB信号通路在促进巨噬细胞溶酶体再生和抑制泡沫细胞形成中的作用,以期为阐明巨噬细胞溶酶体再生与胆固醇调节之间的关系提供实验依据,并为动脉粥样硬化的预防和治疗提供新的研究思路和治疗靶点。 研究方法与结果 1.NA抑制动脉粥样斑块的形成且减少巨噬细胞溶酶体胆固醇的蓄积 1.1 NA通过CD38途径抑制主动脉根部及主动脉斑块形成 采用低密度脂蛋白受体敲除(LDLr-/-)小鼠和LDLr与CD38双基因敲除小鼠(LDLr-/-/CD38-/-)作为实验模型,探讨NA和CD38对动脉粥样斑块形成的影响,发现NA通过CD38途径显著抑制了主动脉根部及主动脉的斑块形成。 1.2 NA剂量依赖性地抑制LDLr-/-骨髓源性巨噬细胞溶酶体游离胆固醇的蓄积 使用不同浓度的NA处理LDLr-/-骨髓源性巨噬细胞,通过激光共聚焦显微镜检测巨噬细胞溶酶体内游离胆固醇的蓄积情况,发现NA剂量依赖性地抑制LDLr-/-骨髓源性巨噬细胞溶酶体游离胆固醇的蓄积。 2.NA通过CD38/NAADP/TFEB通路促进溶酶体再生调节巨噬细胞胆固醇外流 2.1 NAADP促进LDLr-/-巨噬细胞中溶酶体数量的增加 使用Dil-oxLDL染色法标记溶酶体,并通过活细胞共聚焦成像系统对溶酶体数量进行定量评估,发现巨噬细胞溶酶体的再生过程与NAADP/Ca2+/Cn信号通路有密切关联。 2.2 NA上调CD38促进NAADP的合成 以低密度脂蛋白受体敲除(LDLr-/-)小鼠的骨髓源性巨噬细胞为实验模型,研究NA与CD38之间的相互作用,发现NA通过上调CD38的表达,促进了NAADP的合成。 2.3 NA通过CD38/NAADP信号通路抑制TFEB的磷酸化水平 采用免疫印迹法检测了TFEB的磷酸化水平,发现NA通过CD38/NAADP途径显著抑制了TFEB的磷酸化。 2.4抑制CD38/NAADP信号通路可抑制NA介导的溶酶体数量增多及胆固醇外流 利用激光共聚焦显微镜检测了巨噬细胞中溶酶体数量以及游离胆固醇和脂质的蓄积情况,发现CD38/NAADP信号通路在NA介导的溶酶体再生及胆固醇外流过程中起到了关键作用。 2.5 CD38回补在LDLr/CD38双基因敲除巨噬细胞中的溶酶体数量与胆固醇外流中的作用 通过转染CD38 cDNA,发现NA显著增加了LDLr/CD38双基因敲除巨噬细胞中溶酶体的数量,并有效减少了胆固醇的蓄积。 3.NA通过Cn/TFEB途径调控THP-1源性巨噬细胞自噬蛋白的表达促进胆固醇流出 3.1 NA对自噬蛋白ATG5、P62和LC3的影响 采用免疫印迹法检测自噬相关蛋白ATG5、P62、LC3II的表达。结果显示,与oxLDL处理组相比较,NA+oxLDL处理组ATG5、LC3II的表达增加,P62的表达降低。 3.2 NA减少THP-1源性巨噬细胞脂质的蓄积 使用油红O染色和Nile red荧光染色观察各组细胞中脂质蓄积。结果发现,与oxLDL处理组相比较,NA+oxLDL处理组减少了巨噬细胞脂质的蓄积。 3.3 3-MA减弱了NA对THP-1源性巨噬细胞脂质蓄积的抑制作用 使用自噬抑制剂3-MA对细胞进行预处理。结果显示,与NA+oxLDL处理组相比较,3-MA+NA+oxLDL处理组ATG5、LC3II的表达降低,P62的表达增高,减弱了NA对THP-1源性巨噬细胞脂质蓄积的抑制作用。 3.4 NA通过TFEB调控THP-1源性巨噬细胞自噬蛋白的表达 通过Western blot检测NA对oxLDL处理组TFEB的去磷酸化影响。结果表明TFEB是NA调控THP-1源性巨噬细胞自噬蛋白表达的关键介导分子。 3.5 NA通过Cn/TFEB途径调控THP-1源性巨噬细胞自噬蛋白的表达 通过Western blot检测NA是否依赖于Cn/TFEB调控巨噬细胞自噬蛋白的表达。结果显示,NA促进了Cn的表达。使用Cn抑制剂后,抑制了NA促进TFEB去磷酸化的作用,且抑制ATG5和LC3II的表达,促进了P62的表达。3.6 NA通过Cn/TFEB途径减少THP-1源性巨噬细胞脂质的蓄积 用Nile red荧光检测观察各组细胞中脂质蓄积。结果显示,敲减TFEB和使用Cn抑制剂减弱了NA减少巨噬细胞中的脂质蓄积的作用。 3.7 NA通过Cn/TFEB途径促进THP-1源性巨噬细胞胆固醇外流 通过Western blot检测,相比于oxLDL处理组,NA促进了ABCA1的表达,而使用3-MA、敲低TFEB、使用Cn抑制剂抑制了ABCA1的表达。通过激光共聚焦检测巨噬细胞游离胆固醇及脂质的蓄积,结果显示NA可减少巨噬细胞溶酶体中游离胆固醇和脂质的蓄积,而使用3-MA、Cn抑制剂及敲低TFEB均可减弱NA的上述效应。 结论 我们发现,NA能够显著抑制动脉粥样斑块的形成,其机制为:(1)NA通过CD38/NAADP及Cn/TFEB信号通路,促进巨噬细胞中溶酶体的再生,进而促进胆固醇的外流;(2)NA通过上调Cn的水平,促进TFEB的去磷酸化,激活巨噬细胞中的脂噬作用,从而促进胆固醇外流,并抑制细胞内脂质与胆固醇的蓄积。 摘要译文