Circ Res 山东大学齐鲁医院张文程团队揭示巨噬细胞Gsα驱动动脉粥样硬化的新机制

动脉粥样硬化作为一种慢性炎症疾病，其主要特征为大动脉及中等动脉的巨噬细胞脂质沉积。在此疾病发展的过程中，循环中的单核细胞迁移至动脉内膜下层，分化成巨噬细胞。这些巨噬细胞通过清道夫受体摄入过量的氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)，随后转化为富含脂质的泡沫细胞，这一过程被认为是动脉粥样硬化的关键标志。因此，深入理解泡沫细胞形成的分子机制对于开发更有效的动脉粥样硬化治疗新策略具有重要意义。

G蛋白偶联受体(GPCR)是最大的一类膜蛋白家族受体，通过偶联下游异源三聚体G蛋白将信号从胞外传递至胞内。异源三聚体G蛋白主要有四个家族：Gs、Gi/o、Gq/11、G12/13, 它们所介导和调控的细胞质信号级联反应在哺乳动物细胞功能的各个方面都起着非常关键的作用。其中，Gs蛋白α亚基(Gsα)激活后可诱导环磷酸腺苷(cAMP)的产生，从而参与调节细胞的多种生理活动与物质代谢。然而，巨噬细胞Gsα在泡沫细胞形成和动脉粥样硬化中的作用尚不清楚。

2024年2月20日，山东大学齐鲁医院络病理论创新转化全国重点实验室张文程教授团队在Circulation Research杂志在线发表了题为“Gsα regulates macrophage foam cell formation during atherosclerosis”的研究论文。本研究首次揭示巨噬细胞Gsα在动脉粥样硬化中的重要作用，进一步深入研究发现环肽cpGN13通过抑制Gsα的激活，抑制泡沫细胞的形成和动脉粥样硬化的进展，提示以Gsα为靶点的药物具有潜在的治疗前景，为动脉粥样硬化的防治提供了潜在新策略。

首先，研究者对单细胞测序数据集GSE116240进行了再分析，提示巨噬细胞Gsα参与胆固醇代谢和泡沫细胞的形成。研究者接下来收集了动脉粥样硬化小鼠的斑块样本和临床患者样本，发现随着动脉粥样硬化斑块进展，巨噬细胞中Gsα的表达和激活显著升高。

接下来的体外实验表明，ox-LDL通过不同分子机制激活巨噬细胞中的Gsα。由于GPCR通常是Gsα激活所必需的，研究者通过IUPHAR/BPS药理学指南数据库中脊椎动物表达模式选择的高表达GPCR候选分子与动脉粥样硬化巨噬细胞单细胞测序数据库交叉维恩图系统筛选鉴定了27个潜在的GPCR并构建抑制剂库，发现Gsα的激活状态在短期内并不依赖于已知的GPCR信号通路。体外实验证明，ox-LDL短期刺激巨噬细胞Gsα激活并伴随着以flotillin或GM1(脂筏标记物)标记的重排膜结构，分离脂筏相关蛋白发现ox-LDL显著降低脂筏中Gsα水平而不影响总的Gsα水平，提示ox-LDL短期内改变Gsα在脂阀结构的易位促进Gsα的激活。为了解ox-LDL对Gnas (编码Gsα蛋白)转录的长期调控，研究者使用生物信息学工具预测Gnas启动子区域的潜在转录因子，染色质免疫沉淀(ChIP) 及双荧光素酶报告基因等实验发现ox-LDL可促进转录因子C/EBPβ结合于Gnas启动子区域并促进其转录。由于C/EBPβ是由氧化应激反应触发的活性氧(ROS)敏感转录因子，研究者进一步体外实验发现线粒体靶向抗氧化剂Tempol可有效阻止ox-LDL诱导的ERK1/2活化、C/EBPβ磷酸化和Gsα上调。

为阐明Gsα在体内巨噬细胞中表达的生物学意义，研究者构建了巨噬细胞特异性敲除Gsα小鼠(Mac-Gsα^KO)和对照小鼠(CTR)，并通过尾静脉注射PSCK9腺相关病毒并给予为期10周Paigen饮食以诱导小鼠动脉粥样硬化模型。实验结果表明，Mac-Gsα^KO雄性和雌性小鼠均观察到动脉粥样硬化斑块病变面积减少。为了明确所观察到表型的可重复性，研究者使用骨髓移植的方法将CTR或Mac-Gsα^KO小鼠的骨髓移植入Ldlr^-/-小鼠诱导动脉粥样硬化模型，并观察到了相似的表型。

研究者进一步探索了Gsα影响动脉粥样硬化的下游机制，通过对CTR和Mac-Gsα^KO小鼠巨噬细胞进行转录组测序及一系列分子生物学实验，发现巨噬细胞Gsα通过增加脂蛋白的摄取来促进泡沫细胞的形成。研究者进一步探讨了Gsα调控脂蛋白摄取相关分子CD36和SR-A1表达的机制，基于转录因子数据库预测转录位点、ChIP-PCR实验及双荧光素酶报告基因实验发现Gsα可促进转录因子CREB结合于CD36和SR-A1启动子区域并促进其转录，CREB抑制剂KG-501可消除巨噬细胞Gsα过表达导致的CD36和SR-A1表达上调以及泡沫细胞的形成。

最后，研究者发现Gsα抑制剂苏拉明和环肽cpGN13均能抑制Gsα的激活，减少巨噬细胞脂质摄取和小鼠动脉粥样硬化进展。

综上所述，该研究发现在人类和小鼠中随着动脉粥样硬化进程的发展，Gsα的激活增强。Ox-LDL可以通过不同作用机制激活Gsα。Ox-LDL在短期促进Gsα从脂阀结构易位，在长期通过氧化应激介导ERK1/2激活及C/EBPβ磷酸化促进Gnas基因的转录。巨噬细胞特异性Gsα缺失可以抑制小鼠动脉粥样硬化的发展。在机制上，Gsα通过cAMP/CREB介导的转录调节CD36和SR-A1的表达，从而在泡沫细胞形成和动脉粥样硬化进程中发挥重要作用。苏拉明和环肽cpGN13通过抑制Gsα的激活，抑制泡沫细胞的形成和动脉粥样硬化的进展。该研究揭示了巨噬细胞Gsα在动脉粥样硬化中的功能作用，增进了对Gsα多重功能的理解，为动脉粥样硬化治疗提供了潜在新策略。

山东大学齐鲁医院张文程教授为论文的通讯作者，齐鲁医院心内科博士马畅为论文第一作者。该论文在修稿过程中得到了山东大学杨帆教授、南华大学代小艳教授、齐鲁医院张同超老师以及广州市妇女儿童医疗中心何润超老师的大力帮助，在此表示感谢。同时，本研究获得国家自然科学基金、山东省杰出青年基金等项目资助。

原文链接：

https://www.ahajournals.org/doi/abs/10.1161/CIRCRESAHA.123.323156