天津心脏病学研究所艾玎教授团队揭示Hippo信号通路上游激酶MST1在湍流引起内皮细胞激活和动脉粥样硬化中的作用机制

动脉粥样硬化是造成心肌梗塞及脑中风的主因，其发病机制和病理生理过程迄今未被完全阐明。动脉粥样硬化病变常常发生在动脉血管分叉处或弯曲处，提示局部血流动力学改变在动脉粥样硬化形成中起着重要作用。在动脉血管分叉或弯曲处发生的湍流(oscillatory shear stress, OSS)可引起内皮功能障碍，改变内皮细胞通透性，具有促动脉粥样硬化的作用。而在血管直部，血流处于层流(laminar shear stress, LSS)状态，层流作为一种保护性流体具有抗动脉粥样硬化的作用。

此前研究发现，湍流可以引起内皮细胞Hippo通路的下游转录因子YAP的入核，促进内皮炎症和动脉粥样硬化的发生。但是Hippo信号通路的上游激酶MST1(Sterile 20-like kinases 1, MST1)在动脉粥样硬化中的作用以及其是否参与到血流剪切力调控内皮细胞激活的具体分子机制尚不清楚。 

2022年9月27日，天津医科大学基础医学院生理学与病理学系，天津心脏病学研究所副所长艾玎教授团队在Circulation Research发表了题为“Mammalian Sterile 20-Like Kinase 1 Suppresses Atherosclerosis”的研究论文，揭示了内皮细胞中MST1在湍流引起内皮细胞激活和动脉粥样硬化过程中的作用和分子机制，为临床治疗动脉粥样硬化的局灶性分布提供了新的思路和靶点。

首先，研究者发现，湍流刺激会引起人脐静脉内皮细胞(HUVEC)和人主动脉内皮细胞(HAEC)中MST1的磷酸化水平下调。分离ApoE-/-小鼠的主动脉进行en face染色发现，与血流处于层流部位的主动脉直部(TA)相比，主动脉弓部小弯侧(AA inner) MST1的磷酸化水平也显著下调。这一结果也在人的动脉粥样硬化样本中得到证实。以上结果说明，MST1可以响应血流剪切力的刺激，并且在湍流刺激下其磷酸化水平显著降低。

接下来，为了进一步探究MST1在动脉粥样硬化中的作用，作者构建了ApoE-/-背景下诱导型内皮特异性敲除MST1的小鼠。分别给予对照小鼠及敲除小鼠行左颈总动脉部分结扎术，实现在体模拟湍流在左颈总动脉(LCA)处的刺激。在术后给予2周或4周的高脂饮食喂养，随后取左颈总动脉分别进行免疫荧光及HE染色，结果显示，MST1敲除组小鼠的内皮炎症及斑块面积显著加重。以上实验结果表明，MST1抑制湍流引起的内皮细胞的激活和动脉粥样硬化的发生发展。

为了进一步探究MST1抑制湍流引起内皮激活的具体分子机制，作者使用蛋白质组学和磷酸化修饰蛋白质组学的综合分析，找到缝隙连接蛋白43(connexin 43, Cx43)可能是MST1的潜在底物。随后通过分子实验证实MST1可以引起Cx43的S255位点的磷酸化，表明Cx43是MST1的底物。接下来，作者进一步发现MST1可以通过引起Cx43的S255位点的磷酸化，继而抑制Cx43介导的半通道开放，发挥抑制内皮细胞激活的功能。进一步通过组学分析，发现在湍流刺激下，骨架蛋白Filamin B携带Cx43转位入脂筏，进而促进半通道开放，而过表达MST1显著抑制Cx43与Filamin B的结合。此外，使用Cx43半通道的特异性抑制肽TAT-Gap19，可以显著在体抑制湍流引起的内皮细胞激活和动脉粥样硬化的发生发展。以上实验结果均证实，MST1通过引起Cx43的S255磷酸化，抑制Cx43半通道的开放，发挥抗动脉粥样硬化的功能。

为了探索MST1-Cx43能否作为潜在治疗靶点，研究者构建了Cx43WT以及Cx43S255E的慢病毒，在给小鼠行左颈总动脉部分结扎术的同时给予慢病毒的孵育。结果显示，Cx43S255E的过表达可以显著抑制湍流引起的内皮细胞激活和动脉粥样硬化的发生发展，部分恢复MST1的功能，提示MST1-Cx43可作为治疗动脉粥样硬化局灶分布的转化前景。

综上，该研究揭示了内皮细胞中MST1在湍流引起内皮细胞激活和动脉粥样硬化过程中的作用和分子机制。湍流通过抑制MST1的激酶活性，使其对底物Cx43的磷酸化水平降低，随后失去束缚的非磷酸化Cx43与Filamin B的结合增多，在湍流刺激下转位入脂筏，引起Cx43介导的半通道开放，进而促进内皮细胞激活和动脉粥样硬化。此研究丰富了Hippo信号通路在湍流引起动脉粥样硬化中的作用研究，同时为临床治疗动脉粥样硬化提供新的思路。

天津医科大学基础医学院生理学与病理学系博士生全美熹和博士后吕慧珍为该文章共同第一作者，天津医科大学，天津心脏病学研究所副所长艾玎教授为该研究的通讯作者。该工作与天津医科大学朱毅教授、石磊教授以及天津医科大学总医院的雷平教授、杨新宇教授合作完成，并得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、天津医科大学卓越人才计划资助。 

来源 | 天津心脏病学研究所

编辑丨党委宣传科