線粒體心磷脂代謝關鍵酶Tafazzin缺陷通過損害血管平滑肌細胞功能促進動脈粥樣硬化

《Nature Communications》：Defective vascular smooth muscle cell tafazzin impairs mitochondrial function and promotes atherosclerosis in preclinical models

【字體： 大 中 小 】 時間：2025年12月05日 來源：Nature Communications 15.7

　　

在心血管疾病領域，動脈粥樣硬化始終是全球范圍內導致死亡的首要原因。這種疾病以動脈內纖維脂肪斑塊形成為特征，斑塊破裂會引發血栓形成、血管閉塞，進而導致心肌梗死和中風等嚴重臨床后果。盡管對其病理機制已有深入認識，但動脈粥樣硬化的確切發病機制仍有待完全闡明，特別是斑塊穩定性與細胞代謝異常之間的關聯。

血管平滑肌細胞(VSMC)在動脈粥樣硬化斑塊中表現出顯著的表型可塑性，并產生構成保護性斑塊纖維帽的細胞外基質。既往研究發現，斑塊帽和斑塊來源的VSMCs均顯示線粒體呼吸功能下降，然而是什么破壞了VSMC在動脈粥樣硬化中的線粒體功能，以及VSMC線粒體呼吸功能受損的后果仍不清楚。

線粒體作為細胞的能量工廠，其功能高度依賴于結構的完整性。線粒體內膜是呼吸鏈和ATP合酶的位置，兩者共同利用克雷布斯循環的底物生成ATP，同時產生活性氧(ROS)作為副產品。心磷脂(CL)是線粒體內膜的重要組成部分，能穩定蛋白-脂質相互作用并緩解由蛋白擁擠引起的膜應力。心磷脂首先以未成熟形式合成，然后脫酰基化為單溶血心磷脂(MLCL)，隨后由Tafazzin（一種核編碼的轉酰基酶）再酰基化為成熟的心磷脂。

成熟的心磷脂隨后可執行多種功能，包括穩定呼吸超復合體和調節細胞色素C的釋放從而影響細胞凋亡。TAFAZZIN基因突變可引起Barth綜合征，其特征為心肌病、骨骼肌肌病和生長受損。然而，tafazzin是否參與動脈粥樣硬化的發病機制尚不清楚。

劍橋大學研究團隊在《Nature Communications》發表的最新研究，首次揭示了tafazzin在動脈粥樣硬化發生發展中的關鍵作用。他們發現動脈粥樣硬化斑塊及其VSMC中tafazzin表達顯著降低，這一現象與microRNA-125a-5p表達上調密切相關。研究人員通過一系列精巧的實驗證明，氧化低密度脂蛋白(oxLDL)通過激活NF-κB信號通路上調miR-125a-5p，進而抑制tafazzin表達，導致VSMC線粒體功能受損、細胞凋亡增加，最終促進動脈粥樣硬化進展。

研究的關鍵技術方法包括：利用人類動脈粥樣硬化斑塊和正常主動脈組織進行組織學分析和分子生物學檢測；建立VSMC特異性表達野生型Taz或功能突變型TazH69Q的轉基因小鼠模型；通過Seahorse細胞能量代謝分析系統評估線粒體呼吸功能；采用液相色譜-質譜聯用(LC-MS)技術定量心磷脂含量；使用免疫熒光、Western blot、熒光原位雜交等技術進行蛋白和基因表達分析。

人類斑塊和VSMC顯示tafazzin表達降低

研究人員首先檢測了人動脈粥樣硬化斑塊與正常主動脈組織中TAFAZZIN的mRNA表達。發現與正常主動脈組織相比，人斑塊中TAFAZZIN mRNA表達顯著降低。蛋白質印跡分析證實斑塊中tafazzin蛋白表達減少，而檸檬酸合酶（線粒體總質量的指標）蛋白水平無變化。免疫熒光分析顯示，正常主動脈組織中90.5±1.6%的SMA陽性細胞表達tafazzin，斑塊中膜SMA陽性細胞的表達情況相似。然而，斑塊內膜SMA陽性細胞中只有7.0±4.3%表達tafazzin。

對來自正常主動脈和斑塊的VSMC進行培養后發現，與組織樣本相似，斑塊來源的VSMC中TAFAZZIN mRNA表達降低。結合已發表的單細胞RNAseq數據也顯示，TAFAZZIN在斑塊VSMC中表達較低，且顯著低于巨噬細胞和內皮細胞。

MicroRNA-125a-5p調控tafazzin表達

為探究tafazzin表達降低的機制，研究人員檢測了與動脈粥樣硬化相關的可能上游調節因子。TargetScan miRNA數據庫鑒定TAFAZZIN為microRNA-125a-5p(miR-125a-5p)的潛在靶標，推測結合位點位于3'UTR區域內。

研究發現miR-125a-5p在斑塊中的表達增加。雙熒光素酶報告實驗證實，miR-125a-5p可直接與TAFAZZIN的3'UTR結合并抑制其表達。在VSMC中轉染miR-125a-5p模擬物可降低tafazzin mRNA和蛋白豐度，而不影響檸檬酸合酶蛋白豐度，表明這是針對tafazzin的特異性調控而非全局性線粒體減少。

氧化LDL通過NF-κB途徑上調microRNA-125a-5p

研究人員進一步探究了調控miR-125a-5p表達的因素。發現oxLDL可增加miR-125a-5p表達并降低tafazzin mRNA和蛋白豐度，而這種效應可被NF-κB抑制劑Bay 11-7082所阻斷。機制上，oxLDL增加了NF-κB與其共識DNA基序的結合，增加了NF-κB磷酸化和miR-125a-5p表達。抑制NF-κB活化可阻斷oxLDL誘導的miR-125a-5p增加和tafazzin減少。

功能上，轉染miR-125a-5p模擬物或oxLDL處理的VSMC顯示最大耗氧率降低，細胞增殖減少，凋亡增加。

Tafazzin是VSMC心磷脂含量和線粒體功能的重要決定因素

為研究tafazzin缺失在VSMC中的功能后果，研究人員進行了siRNA介導的基因沉默，并利用慢病毒介導的基因轉移穩定表達野生型tafazzin(Taz)或催化位點組氨酸至谷氨酰胺突變的tafazzin(TazH69Q)。

結果顯示，TAFAZZIN沉默或TazH69Q表達降低了心磷脂含量，而Taz過表達則增加了心磷脂含量。線粒體呼吸功能檢測發現，TAFAZZIN沉默細胞和過表達TazH69Q的VSMC最大耗氧率降低，且伴隨ATP/ADP比率降低。相反，過表達野生型tafazzin的VSMC顯示耗氧率增加，但ATP/ADP比率無變化。

TAFAZZIN沉默和過表達TazH69Q的VSMC顯示MitoSOX熒光增加，表明線粒體ROS升高。細胞功能上，TAFAZZIN沉默的VSMC顯示EdU摻入減少，而Taz過表達的VSMC顯示細胞死亡減少。在叔丁基過氧化氫處理誘導氧化應激時，TAFAZZIN沉默和TazH69Q過表達的VSMC均顯示細胞死亡增加，而Taz過表達的VSMC仍顯示對細胞死亡的保護作用。

VSMC特異性Taz和TazH69Q小鼠的特征

為研究內源性VSMC tafazzin減少對動脈粥樣硬化的功能后果，研究人員生成了轉基因小鼠模型，分別表達VSMC特異性的Taz或TazH69Q功能突變體。

VSMC來自Sm22a-Taz小鼠顯示復合物I亞基豐度增加，而來自Sm22a-TazH69Q小鼠的VSMC顯示復合物I亞基豐度降低。線粒體功能上，Taz VSMC顯示基礎耗氧率、最大耗氧率和ATP/ADP比率增加，線粒體ROS減少。相反，來自Sm22a-TazH69Q小鼠的VSMC顯示基礎和最大耗氧率降低，ATP/ADP比率降低和線粒體ROS增加。

VSMC tafazzin對動脈粥樣硬化發生和細胞凋亡有重要影響

為研究內源性VSMC tafazzin減少對動脈粥樣硬化的功能后果，表達VSMC限制性TAFAZZIN或TazH69Q的小鼠與Apoe^-/-小鼠雜交。

結果顯示，Sm22a-Taz/Apoe^-/-小鼠與對照Apoe^-/-小鼠相比斑塊面積無變化，但纖維帽面積增加，壞死核心區域減少，SMA陽性面積增加。相反，SM22a-TazH69Q/Apoe^-/-小鼠在降主動脈和主動脈根部的斑塊面積均增加。這些小鼠還顯示斑塊易損性特征增加，包括壞死核心增加和纖維帽面積減少，SMA陽性面積減少和Mac3陽性（巨噬細胞標記）面積增加。

進一步檢查發現，Sm22a-Taz/Apoe^-/-小鼠顯示經歷凋亡的VSMC百分比減少，而Sm22a-TazH69Q/Apoe^-/-小鼠顯示VSMC凋亡增加。細胞增殖評估顯示，Sm22a-Taz/Apoe^-/-小鼠與野生型Apoe^-/-小鼠相比細胞增殖增加，而Sm22a-TazH69Q/Apoe^-/-小鼠無變化。

SS-31治療改善線粒體功能并減少細胞凋亡

研究表明，人動脈粥樣硬化斑塊VSMC中tafazzin表達降低，可能是由oxLDL誘導的miR-125a-5p上調所致。VSMC tafazzin受損會降低CL含量，促進線粒體功能障礙、細胞凋亡和動脈粥樣硬化。因此，增強tafazzin可能對斑塊發展和穩定性產生有益影響。

研究人員測試了小肽SS-31（據報道可結合并穩定心磷脂）的效果。發現SS-31可適度但顯著增加Sm22a-TazH69Q VSMC的最大耗氧率。SS-31治療還減少了叔丁基過氧化氫處理后Sm22a-TazH69Q VSMC的線粒體ROS和細胞凋亡。

研究結論與意義

本研究首次系統地揭示了tafazzin在動脈粥樣硬化發生發展中的關鍵作用及調控機制。研究發現動脈粥樣硬化斑塊VSMC中tafazzin表達降低與miR-125a-5p上調密切相關，后者受oxLDL通過NF-κB信號通路誘導。Tafazzin缺陷導致心磷脂含量下降、線粒體呼吸功能受損、ATP生成減少、ROS增加，最終促進VSMC凋亡和動脈粥樣硬化進展。

值得注意的是，研究人員構建的VSMC特異性表達野生型Taz或功能突變型TazH69Q的轉基因小鼠模型，為直接驗證tafazzin功能提供了有力工具。實驗結果表明，增強VSMC tafazzin表達可改善線粒體功能、減少細胞凋亡并增加斑塊穩定性特征，而表達功能缺陷的TazH69Q則促進動脈粥樣硬化發展和斑塊易損性。

特別有意義的是，小肽SS-31能夠部分挽救tafazzin缺陷VSMC的線粒體功能異常，減少ROS產生和細胞凋亡，這為動脈粥樣硬化的治療提供了新的潛在策略。考慮到目前尚無直接靶向tafazzin的藥物，SS-31的線粒體保護作用尤為引人關注。

該研究不僅闡明了動脈粥樣硬化中線粒體功能異常的新機制，而且提出了通過調節tafazzin-心磷脂軸改善VSMC功能和治療動脈粥樣硬化的新思路。針對這一通路的干預策略，可能為未來動脈粥樣硬化治療開辟新的方向。