
先比较他汀,再用功能终点评价候选药物
研究者从 3 位没有家族性高胆固醇血症或心血管疾病的健康供者获得诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC),再分化为内皮细胞。细胞呈典型铺路石样形态,表达 CD31 和 VE-cadherin 等内皮标志。该模型用于比较药物对人源内皮细胞的作用,疾病相关环境在后续体外实验中建立。
研究比较 7 种他汀在 0.1、1 和 10 μM 下的影响。辛伐他汀上调 NOS3 表达最明显;超过 10 μM 时,细胞活性降低且活性氧增加,后续主要功能及组学实验因此采用 1 μM。与溶剂对照相比,辛伐他汀提高了体外成管能力和一氧化氮(nitric oxide,NO)释放。
成管实验观察基质上的管样网络。NO 实验在乙酰胆碱刺激后收集培养液,检测硝酸盐和亚硝酸盐,再换算 NO。2 个指标反映内皮功能的不同方面,NOS3 转录水平说明相关分子变化。论文未观察到明显的细胞增殖差异。
染色质变化与 YAP 入核抑制相互对应
转录组分析显示,辛伐他汀处理后有 1,019 个基因上调、1,600 个基因下调:前者涉及血管生成及抗炎过程,后者多与染色质调控有关。染色质转座酶可及性测序(assay for transposase-accessible chromatin with sequencing,ATAC-seq)进一步显示,可及性降低的区域与 TEAD 结合基序有关,许多变化位于增强子。蛋白检测同时发现,核内 YAP、总 YAP 及下游 SOX9 等减少。
时间序列中,转录与染色质变化约在处理 12 小时后出现,24 小时的两类变化较为一致,YAP—TEAD 报告信号也降低。这些测量从时间和信号活动两个角度补充了组学结果。
补充代谢物与通路抑制剂区分药物作用分支
甲羟戊酸通路可以通向胆固醇合成,也可通过下游代谢物 GGPP(geranylgeranyl pyrophosphate)影响 Rho 信号。研究者给辛伐他汀处理的细胞补充甲羟戊酸或 GGPP,YAP 核定位、成管和 NO 的药物作用被减弱;补充角鲨烯未产生相同结果。这些比较支持与 GGPP 相关的分支参与内皮作用。
GGTase(geranylgeranyltransferase)抑制剂 GGTi298 和 RhoA 抑制工具也降低 YAP 入核,并改善成管与 NO 释放。KLF2、VCAM1 的表达变化与辛伐他汀方向一致,不同干预的相互印证支持 GGTase—RhoA—YAP 信号轴参与药物效应。
高糖环境下比较功能恢复与 EndMT 变化
疾病相关实验采用 1 名男性和 1 名女性共 2 位健康供者的内皮细胞,在高糖、胰岛素和内皮素 1 共同构成的环境中培养 7 天,并用甘露醇平衡对照组渗透压。辛伐他汀、GGTi298 或 RhoA 抑制工具处理 72 小时后,高糖环境造成的成管与 NO 功能下降得到改善,活性氧增加也减轻。
高糖环境激活了内皮向间充质转化(endothelial-to-mesenchymal transition,EndMT)相关基因及 YAP—TEAD 信号,辛伐他汀降低这些表达和核内 YAP。与高糖组相比,基础环境组和高糖加辛伐他汀组的差异表达基因有接近 90% 重合,作者据此认为药物使转录变化趋向基础状态。另行抑制 YAP 后,成管功能也得到恢复,支持其参与药物作用。
SOX9 增强子缺失后,辛伐他汀未能恢复成管缺陷
研究者用 YAP 结合位点分析识别 SOX9 等增强子区域。在一条 iPSC 细胞系中去除 SOX9 增强子后,内皮分化标志仍保持,SOX9 表达降低,细胞对高糖和辛伐他汀的 SOX9 表达变化也失去相应反应。
增强子缺失的细胞在高糖下仍出现成管缺陷,辛伐他汀未能将其恢复。尽管这些细胞的 SOX9 表达已经降低,功能反应并未随之恢复;这一阴性结果支持该增强子参与辛伐他汀的药物响应。
小鼠及流动条件下的结果提供补充证据
论文还在糖尿病小鼠中比较主动脉血管反应,观察到辛伐他汀改善乙酰胆碱诱导的内皮依赖性舒张。人源内皮细胞在层流和振荡流下也表现出 YAP、SOX9 的药物响应,补充了静态培养中的发现。
人源评价将候选药物比较、功能测量、通路干预和组学分析结合起来,为研究内皮药物机制提供了多种证据。作者指出,iPSC 来源细胞的成熟度有限,重编程还可能清除疾病相关表观遗传变化,因此健康供者的体外高糖模型仍难以完整反映患者遗传背景与长期代谢状态。