12/15-脂氧合酶介導(dǎo)血流紊亂誘導(dǎo)的內(nèi)皮功能障礙與動脈粥樣硬化

12/15-lipoxygenase mediates disturbed  flow-induced endothelial dysfunction  and atherosclerosis

keywords：12/15-lipoxygenase; Atherosclerosis; Disturbed flow;Endothelial dysfunction; Shear stress

在脈管系統(tǒng)中，血流動力學(xué)模式的空間異質(zhì)性是調(diào)節(jié)血管穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵因素。直血管區(qū)域的穩(wěn)定血流以高單向壁剪切應(yīng)力為特征，而動脈分支及彎曲部位則暴露于低振蕩剪切應(yīng)力的干擾血流（血流紊亂）。臨床研究表明，此類血流紊亂區(qū)域與內(nèi)皮功能障礙及動脈粥樣硬化斑塊形成顯著相關(guān)。內(nèi)皮細(xì)胞（EC）通過感知特定剪切應(yīng)力模式轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)械信號，其功能失調(diào)在血流紊亂與全身風(fēng)險(xiǎn)因素協(xié)同作用下，共同促進(jìn)動脈粥樣硬化進(jìn)展及斑塊破裂。盡管計(jì)算流體動力學(xué)可預(yù)測易損斑塊位置，但血流動力學(xué)驅(qū)動動脈粥樣硬化的分子機(jī)制尚未全部闡明，限制了靶向治療策略的開發(fā)。

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花生酸類代謝物作為多不飽和脂肪酸（PUFA）衍生的生物活性脂質(zhì)，在動脈粥樣硬化病變中持續(xù)富集。其中，12/15-脂氧合酶通過催化生成促炎介質(zhì)如12/15-S-HETE和9/13-S-HODE，成為動脈粥樣硬化的關(guān)鍵調(diào)控因子。該酶通過介導(dǎo)內(nèi)皮激活、單核細(xì)胞募集及巨噬細(xì)胞脂蛋白氧化，參與斑塊發(fā)展的核心進(jìn)程。然而，其在血流紊亂誘導(dǎo)的內(nèi)皮炎癥反應(yīng)中的特異性作用尚未明確，且12/15-LOX與機(jī)械應(yīng)力信號通路的交互機(jī)制仍屬空白。

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基于此，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院心血管內(nèi)科在一項(xiàng)研究中，揭示血流紊亂通過轉(zhuǎn)錄因子SREBP2激活12/15-LOX表達(dá)的分子機(jī)制，及其下游促炎花生酸代謝產(chǎn)物在介導(dǎo)內(nèi)皮功能障礙中的作用。通過構(gòu)建EC特異性基因敲低模型及藥理學(xué)抑制實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了SREBP2-12/15-LOX對緩解血流紊亂相關(guān)動脈粥樣硬化的治療潛力，為干預(yù)機(jī)械力代謝重編程通路提供了新視角。研究成果發(fā)表于“Molecular medicine (Cambridge, Mass.)”期刊題為“12/15-lipoxygenase mediates disturbed  flow-induced endothelial dysfunction  and atherosclerosis”。

首先，研究人員發(fā)現(xiàn)血流紊亂特異性上調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞12/15-LOX表達(dá)。人體乳房內(nèi)動脈組織學(xué)分析顯示，與穩(wěn)定血流區(qū)域（直血管段）相比，動脈分叉處外壁（血流紊亂區(qū)）內(nèi)皮細(xì)胞（EC）的12/15-LOX表達(dá)顯著升高（圖1A-C），而血管中膜表達(dá)無區(qū)域差異。小鼠模型中，主動脈小彎區(qū)（血流紊亂）的EC 12/15-LOX表達(dá)較主動脈弓大彎區(qū)（穩(wěn)定血流）增加2.1倍（圖2A-C），且該蛋白在EC的質(zhì)膜、胞質(zhì)及核內(nèi)同步上調(diào)。頸動脈部分結(jié)扎模型進(jìn)一步證實(shí)，結(jié)扎近端紊亂血流區(qū)的ALOX15 mRNA水平較對照組升高3.5倍（圖2D-F）。體外實(shí)驗(yàn)表明，人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）暴露于振蕩剪切應(yīng)力后，ALOX15 mRNA與12/15-LOX蛋白呈時間依賴性上調(diào)，并伴隨ICAM-1等炎癥標(biāo)志物增加。

圖1    在人體動脈的擾動血流區(qū)域，內(nèi)皮細(xì)胞中的12/15-脂氧合酶表達(dá)增加。

圖2    12/15-脂氧合酶在小鼠動脈擾動血流區(qū)域內(nèi)的內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)增加。

然后，為了驗(yàn)證12/15-LOX缺失或抑制改善血流紊亂誘導(dǎo)的內(nèi)皮功能障礙。研究人員在ALOX15敲除小鼠中，血流紊亂區(qū)域的內(nèi)皮細(xì)胞（EC）VCAM-1表達(dá)上調(diào)較野生型降低約40%（圖3A-C）。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，敲低12/15-LOX可顯著抑制振蕩剪切應(yīng)力誘導(dǎo)的VCAM-1和ICAM-1表達(dá)（圖3D-F）。相反，過表達(dá)12/15-LOX使EC對血流紊亂更敏感，加劇ICAM-1上調(diào)。藥理學(xué)干預(yù)顯示，黃芩素處理可降低EC中VCAM-1/ICAM-1水平。功能學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步揭示，在apoE⁻/⁻小鼠血流紊亂區(qū)，白細(xì)胞滾動和粘附增加2.3倍，而ALOX15⁻/⁻/apoE⁻/⁻小鼠或黃芩素處理的apoE⁻/⁻小鼠中，該現(xiàn)象被顯著抑制（圖3G-H）。體外粘附實(shí)驗(yàn)同樣證實(shí)抑制12/15-LOX可減少單核細(xì)胞與EC的結(jié)合（圖4F-G）。

圖3    12/15-脂氧合酶的缺失可減輕由擾動血流所引發(fā)的內(nèi)皮細(xì)胞炎癥。

接著，為驗(yàn)證12/15-LOX通過特異性上調(diào)15-S-HETE介導(dǎo)內(nèi)皮炎癥，研究人員通過液相色譜-質(zhì)譜（LC-MS/MS）分析顯示，在血流紊亂作用下，內(nèi)皮細(xì)胞（EC）中類花生酸代謝物15-S-HETE水平較穩(wěn)定血流組增加3.2倍，而9-HODE、13-S-HODE及12-S-HETE無顯著差異（圖4A-D）。基因敲除（ALOX15⁻/⁻）或黃芩素抑制12/15-LOX活性可全部阻斷15-S-HETE的異常累積。外源性補(bǔ)充12/15-LOX代謝產(chǎn)物可逆轉(zhuǎn)基因缺陷EC中血流紊亂誘導(dǎo)的ICAM-1/VCAM-1上調(diào)（圖4E-G），證實(shí)該酶通過代謝產(chǎn)物直接驅(qū)動炎癥反應(yīng)。進(jìn)一步代謝組學(xué)分析表明，血流紊亂雖提升COX2產(chǎn)物6-keto-PGF1α水平，但PGE2、PGF2α等炎癥介質(zhì)不受12/15-LOX調(diào)控，排除花生四烯酸代謝的代償性重分布。這些數(shù)據(jù)表明，12/15-LOX通過特異性生成15-S-HETE，而非廣泛影響類花生酸代謝網(wǎng)絡(luò)，選擇性加劇內(nèi)皮功能障礙。

圖4    12/15-脂氧合酶促進(jìn)了促炎性多不飽和脂肪酸代謝產(chǎn)物的生成。

進(jìn)一步，為闡明SREBP2介導(dǎo)血流紊亂誘導(dǎo)的12/15-LOX轉(zhuǎn)錄激活，研究人員通過生物信息學(xué)分析揭示人ALOX15啟動子存在固醇調(diào)節(jié)元件（SRE）。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，血流紊亂通過激活剪切應(yīng)力敏感轉(zhuǎn)錄因子SREBP2，促使其前體剪切為成熟體并核轉(zhuǎn)位（圖5A-B）。SREBP2基因沉默可全部阻斷血流紊亂誘導(dǎo)的12/15-LOX表達(dá)（圖5C）。熒光素酶報(bào)告系統(tǒng)顯示，ALOX15啟動子在血流紊亂下活性增強(qiáng)2.8倍，SREBP2過表達(dá)進(jìn)一步放大該效應(yīng)（圖5D），而SREBP2沉默則消除啟動子激活（圖5E）。啟動子截?cái)鄬?shí)驗(yàn)鎖定-800至-200 bp為SREBP2關(guān)鍵作用區(qū)域（圖5F）。ChIP實(shí)驗(yàn)證實(shí)，SREBP2直接結(jié)合ALOX15啟動子GT(G)GGGG(C)TGG(A)TGGG基序（圖5G），與預(yù)測結(jié)合位點(diǎn)一致。該機(jī)制闡明機(jī)械應(yīng)力通過SREBP2特異性調(diào)控12/15-LOX轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)。

圖5    SREBP2調(diào)控由擾動血流誘導(dǎo)的ALOX15轉(zhuǎn)錄。

最后，研究人員發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮12/15-LOX缺失或抑制減輕血流紊亂驅(qū)動的動脈粥樣硬化。在APOE⁻/⁻小鼠中，頸動脈部分結(jié)扎誘導(dǎo)的血流紊亂使左頸動脈病變面積較對側(cè)非手術(shù)血管增加8倍，而APOE⁻/⁻/Alox15⁻/⁻雙敲除小鼠的斑塊面積減少約65%（圖6A-B）。藥理學(xué)干預(yù)顯示，黃芩素腹腔注射同樣顯著抑制APOE⁻/⁻小鼠的病變進(jìn)展。為明確內(nèi)皮特異性機(jī)制，通過CDH5啟動子介導(dǎo)的AAV遞送ALOX15-shRNA，實(shí)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞（EC）中12/15-LOX的特異性敲低（圖6C），該干預(yù)使結(jié)扎頸動脈的動脈粥樣硬化面積較對照組減少58%（圖6D-E）。上述結(jié)果表明，內(nèi)皮12/15-LOX是血流紊亂觸發(fā)斑塊形成的核心介質(zhì)，其抑制策略具有明確治療潛力。

圖6    12/15-脂氧合酶的缺失或抑制可減輕小鼠中由擾動血流所激活的動脈粥樣硬化易感性。

圖7    圖形摘要。

總之，研究揭示，血流紊亂通過剪切應(yīng)力敏感轉(zhuǎn)錄因子SREBP2激活內(nèi)皮細(xì)胞（EC）中12/15-LOX的表達(dá)。機(jī)制上，SREBP2成熟體核轉(zhuǎn)位后直接結(jié)合ALOX15啟動子GT(G)GGGG(C)TGG(A)基序，驅(qū)動其轉(zhuǎn)錄，特異性促進(jìn)促炎代謝物15-S-HETE生成，而非其他類花生酸�；�因敲除或黃芩素抑制12/15-LOX可降低EC黏附分子表達(dá)達(dá)40%，并減少白細(xì)胞-內(nèi)皮相互作用。EC特異性敲低12/15-LOX顯著緩解頸動脈部分結(jié)扎模型中的動脈粥樣硬化進(jìn)展，且不影響血漿脂質(zhì)譜。臨床轉(zhuǎn)化分析顯示，黃芩素通過抑制12/15-LOX活性逆轉(zhuǎn)內(nèi)皮功能障礙，其安全性已在II期臨床試驗(yàn)中得到驗(yàn)證。研究闡明機(jī)械應(yīng)力通過SREBP2-12/15-LOX-15-S-HETE通路驅(qū)動血管炎癥的新機(jī)制，為干預(yù)血流紊亂相關(guān)動脈粥樣硬化提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：Chen JW, Chen SL, Wu XR, Shu XY, Tang SY, Yuan H, Li YR, Quan JW, Feng S, Zhang RY, Yang CD, Lu L, Wang XQ. 12/15-lipoxygenase mediates disturbed flow-induced endothelial dysfunction and atherosclerosis. Mol Med. 2025 Jul 15;31(1):257. doi: 10.1186/s10020-025-01297-0. PMID: 40660143; PMCID: PMC12261642.
原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40660143/

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