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Circ Res | 天津医科大学艾玎团队4D蛋白组揭示YAP调控不良饮食诱导的动脉硬化新机制

精准医学与蛋白组学

2022.7.08

景杰生物 | 报道

代谢综合征 (MetS) 包括一系列心血管疾病 (CVD) 危险因素，如腹部肥胖、血脂异常、高血压和葡萄糖不耐受，这种代谢紊乱增加CVD风险的机制尚不完全清楚。动脉僵硬已被证明是心血管疾病发病率和死亡率的预测因子，其特征是过度纤维化和中枢动脉和导管动脉弹性的进行性丧失，导致动脉储存能力降低以及沿血管壁传播脉搏的速度增加，高脂高糖饮食是代谢综合征的重要诱发因素。然而当前，使用他汀类降脂药对于动脉硬化的改善效果并不理想。因此，阐明代谢综合征导致动脉硬化的分子机制对于减少或预防后续的心血管相关疾病有重要意义。

天津医科大学艾玎教授联合首都医科大学附属安贞医院蒋宏峰教授及瑞典卡罗林斯卡学院曹义海教授在前期的研究中揭示了IL-1β可以通过激活TRAF6诱导YAP的赖氨酸252 (K252) 位点发生K63泛素化，进而促进YAP核转位，增加其下游趋化因子的表达，加速AS发展的机制 (原文阅读：Cell Reports | 泛素化修饰组学揭示动脉粥样硬化发生的关键靶点)。

近日，艾玎教授课题组在心血管领域TOP期刊Circulation Research (IF=23.21)上发表了题为“Yes-Associated Protein Targets the Transforming Growth Factor β Pathway to Mediate High-Fat/High-Sucrose Diet-induced Arterial Stiffness” 的连续性研究成果，运用全新一代4D蛋白质组学方法，揭示了平滑肌细胞 (SMC) 中YAP蛋白在高脂高糖饮食诱导的动脉硬化中调节TGFβ途径和代谢综合征相关动脉僵硬的潜在治疗靶点，为相关心血管疾病的治疗提供了新的理论基础。景杰生物为该研究提供了4D蛋白质组学技术支持。

1. HFHS诱导动脉僵硬关键蛋白筛选

为了在临床相关模型中研究代谢紊乱诱导的动脉僵硬的机制，研究团队将8周龄雄性小鼠随机分为两组，并分别喂食高脂高糖食物 (HFHS) 和正常食物 (ND) 检测动脉血管变化。结果显示HFHS喂养小鼠有主动脉和颈动脉僵硬的迹象。同时利用4D蛋白质组学技术检测两个组别的蛋白表达情况，共定量了2543种蛋白质，其中YAP蛋白在HFHS喂养的小鼠的主动脉中上调。研究团队进一步分析了YAP在主动脉外皮层SMC中的细胞分布，发现HFHS喂养小鼠主动脉SMC的细胞核和细胞质中的YAP蛋白水平均增加，而YAP蛋白表达的核质与细胞质比降低。这些结果表明，血管SMC中的YAP表达在HFHS诱导的动脉僵硬中起着关键的作用。

图1 HFHS诱导动脉僵硬关键蛋白筛选

2. HFHS诱导动脉僵硬中YAP表达的时序分析

研究者进一步对HFHS喂养小鼠在不同时间点YAP蛋白的变化进行检测，结果显示从2周开始，YAP蛋白及磷酸化YAP (p-YAP) 呈现明显的上调。这说明该模型中，HFHS诱导的VSMC中磷酸化YAP和总YAP蛋白水平升高发生在动脉僵硬之前，而磷酸化的YAP在动脉僵硬发展后降低。研究者进一步检测了第二周时YAP mRNA的表达水平，发现HFHS组和ND组的YAP mRNA表达量相当。这意味着，YAP的上调并不发生在转录水平上，而是在蛋白水平上。此外，HFHS组的总YAP和磷酸化YAP水平均显著高于ND组。

图2 HFHS诱导动脉僵硬中YAP表达的时序分析

3. YAP在HFHS诱导的动脉僵硬度中的作用机制

为了研究VSMC YAP在HFHS诱导的动脉僵硬度中的功能重要性，研究团队构建了平滑肌细胞特异性敲低YAP的小鼠模型验证YAP的调控机制，结果显示YAP敲低组的动脉硬化不显著，胶原蛋白聚集水平显著下调。此外，YAP敲低组的总YAP、磷酸化YAP、磷酸化Smad2和Smad3都较低。该结果表明，平滑肌细胞特异性敲低YAP能减轻HFHS诱导的动脉硬化。

图3 YAP敲低可减弱HFHS诱导的小鼠动脉僵硬

4. YAP抑制TGFβ诱导的PPM1B泛素化和核易位

进一步的机制研究显示，YAP对TGFβ/SMAD信号通路的调控作用取决于蛋白质磷酸酶PPM1B。内源性PPM1B主要位于细胞质中，被鉴定为YAP结合的磷酸酶。当YAP蛋白上调时，增加的YAP消除了磷酸酶PPM1B的核易位，随后延缓了Smads的去磷酸化和TGFβ信号的终止，由此启动HFHS诱导的动脉僵硬。

蛋白质的翻译后修饰，如磷酸化和泛素化，对于控制蛋白质的稳定性、定位和构象至关重要。在这些修饰中，PPM1B中仅报告了泛素化。因此，研究团队进一步研究了YAP是否以泛素化依赖性的方式调节PPM1B。结果发现，YAP通过调节PPM1B的泛素化和随后的核易位来控制SMC中的TGFβ信号传导和细胞外基质 (ECM) 的产生。

图4 YAP抑制TGFβ诱导的PPM1B泛素化和核易位

综上所述，该研究首先利用4D蛋白质组学技术筛选到了HFHS诱导后的关键蛋白YAP，随后通过一系列分子机理实验进行了机制探究，揭示了YAP在SMC中充当HFHS传感器，并通过控制介导动脉僵硬度发展所需的磷酸酶PPM1B的泛素修饰和核易位来延长TGFβ信号传导的分子机制，研究结果表明，在HFHS患者中早期靶向YAP和PPM1B可能是通过预防动脉僵硬来预防心血管疾病的有效策略。