作者：重庆医科大学附属第一医院侯胜平教授为通讯作者，汪小棠博士、范维博士生为共同第一作者。
增殖性视网膜病变（Proliferative Retinopathy, PR）是一类以病理性新生血管形成为特征的致盲性眼病，包括早产儿视网膜病变（Retinopathy of prematurity, ROP）、增殖性糖尿病视网膜病变（Proliferative diabetic retinopathy, PDR）和湿性年龄相关性黄斑变性（Wet age-related macular degeneration, wAMD）等，其发病机制复杂且治疗棘手，严重影响患者的生活质量。多种原因导致的微血管损伤引起的视网膜微环境相对缺氧是多种增殖性视网膜病变的早期病理特征。缺氧会导致细胞内糖酵解增强，进而乳酸堆积。有研究表明，乳酸可通过在蛋白质中某些位点形成乳酸化修饰进而直接影响蛋白功能，调控多种生命过程[1]，然而乳酸化修饰是否参与缺氧诱导的视网膜新生血管形成尚未见报道。
小胶质细胞是中枢神经系统和视网膜中一类重要的免疫细胞，其具有抗原呈递、补体活化、吞噬及分泌多种炎症因子和细胞因子的功能[2]。侯胜平教授团队以往研究发现小胶质细胞在自身免疫性葡萄膜炎等重要致盲眼病的发生发展中发挥重要作用[3-5]，然而缺氧条件下小胶质细胞如何调控视网膜血管生成和血管病变的确切机制尚不清楚。
氧诱导视网膜病变小鼠模型（Oxygen induce retinopathy, OIR）是研究增殖性视网膜病变的常用动物模型。研究团队发现使用PLX3397清除视网膜小胶质细胞可显著减少OIR小鼠视网膜病理性新生血管形成，表明小胶质细胞在视网膜新生血管形成中具有关键作用（图1）。
图1. 小胶质细胞对视网膜新生血管形成至关重要
进一步研究发现在OIR模型中，视网膜小胶质细胞乳酸化修饰水平明显升高，通过使用糖酵解抑制剂二氯乙酸钠（DCA）减少视网膜乳酸化修饰水平可抑制病理性新生血管形成，而使用有氧呼吸抑制剂鱼藤酮（Rotenone）可增加视网膜乳酸化修饰水平进而加重病理性新生血管形成，表明乳酸化修饰对视网膜新生血管形成具有调控作用（图2）。
图2. 视网膜小胶质细胞乳酸化修饰水平升高促进新生血管形成
研究者在体外建立了小胶质细胞与视网膜微血管内皮细胞的共培养体系。研究发现体外缺氧环境可以增加小胶质细胞乳酸含量和乳酸化修饰水平，从而促进内皮细胞出芽、增殖、迁移及管形成等能力。并且与体内研究一致，通过使用DCA和鱼藤酮干预小胶质细胞乳酸化水平可影响内皮细胞血管生成能力。
为了进一步探究缺氧刺激下小胶质细胞内具体蛋白和位点乳酸化修饰水平改变情况，研究者使用常氧和缺氧分别处理小胶质细胞24小时，然后通过4D蛋白组及乳酸化修饰组学技术，绘制了小胶质细胞在常氧和缺氧条件下的乳酸化修饰图谱，共鉴定到751个蛋白中3093个乳酸化修饰位点，其中67个蛋白中的77个位点修饰水平上调（差异倍数>1.5）。对乳酸化修饰水平上调的蛋白进一步分析表明，大多数蛋白在细胞核中发挥作用，并可能参与DNA转录过程。既往研究表明YY1是一个重要的转录因子，既可促进也可抑制多种基因表达，并参与血管生成调控，本研究发现缺氧条件下小胶质细胞细胞中YY1表达水平没有差异，但是其K183位点乳酸化修饰水平上调了3.56倍，研究者推测YY1乳酸化修饰水平可能影响其功能作用。为了进一步验证不同条件下YY1乳酸化修饰水平，研究者构建了特异性YY1 （K183）乳酸化修饰抗体，与修饰组学结果一致，缺氧条件下YY1乳酸化修饰水平显著增加。接下来，研究者通过分别过表达野生型YY1（WT）和第183位赖氨酸（K）突变为精氨酸（R）的YY1（K183R，模拟去乳酸化修饰），进一步证明了YY1乳酸化修饰对小胶质细胞促血管生成能力具有重要作用（图3）。
图3. 通过乳酸化修饰组学鉴定小胶质细胞中关键乳酸化修饰蛋白和位点
研究进一步分析了关键促血管生成细胞因子的表达水平，以了解YY1乳酸化修饰影响小胶质细胞促血管生成能力的机制。通过CHIP-qPCR、双荧光素酶实验及免疫荧光共标实验等表明，小胶质细胞中YY1可直接与经典促血管生成因子FGF2的启动子结合并促进其转录，且这一过程受YY1乳酸化修饰水平调控。
翻译后修饰水平及其功能作用的发挥受一系列修饰酶（Writer, Eraser, Reader）的调控，研究者对可能影响YY1乳酸化修饰的酶进行了探究。研究发现酰化修饰酶P300在缺氧小胶质细胞中表达量明显升高，且Co-IP结果表明P300在小胶质细胞内与YY1直接结合。过表达P300可增加小胶质细胞YY1乳酸化修饰水平并促进FGF2表达，从而促进血管生成；而抑制P300可减少YY1乳酸化修饰水平并抑制FGF2表达和血管生成，这表明P300可能是促进YY1乳酸修饰形成的关键酶，并在小胶质细胞促血管生成中发挥重要作用。体内研究同样证实了抑制P300可降低YY1乳酸化修饰水平并减少小胶质细胞FGF2表达、抑制视网膜病理性血管形成，揭示了糖酵解-P300-YY1乳酸化-FGF2这一信号轴在视网膜病理性新生血管形成中的重要作用（图4）。
图4. 小胶质细胞YY1乳酸化修饰调控内皮细胞血管生成示意图
参考文献
1. Zhang D, Tang Z, Huang H, Zhou G, Cui C, Weng Y, Liu W, Kim S, Lee S, Perez-Neut M et al: Metabolic regulation of gene expression by histone lactylation. Nature. 2019, 574(7779):575-580.
2. Fan W, Huang W, Chen J, Li N, Mao L, Hou S: Retinal microglia: Functions and diseases. Immunology. 2022, 166(3):268-286.
3. Wang G, Li X, Li N, Wang X, He S, Li W, Fan W, Li R, Liu J, Hou S: Icariin alleviates uveitis by targeting peroxiredoxin 3 to modulate retinal microglia M1/M2 phenotypic polarization. Redox Biol. 2022, 52:102297.
4. Meng J, Li N, Liu X, Qiao S, Zhou Q, Tan J, Zhang T, Dong Z, Qi X, Kijlstra A et al: NLRP3 Attenuates Intraocular Inflammation by Inhibiting AIM2-Mediated Pyroptosis Through the Phosphorylated Salt-Inducible Kinase 1/Sterol Regulatory Element Binding Transcription Factor 1 Pathway. Arthritis Rheumatol. 2022.
5. Liu Y, Zhao C, Meng J, Li N, Xu Z, Liu X, Hou S: Galectin-3 regulates microglial activation and promotes inflammation through TLR4/MyD88/NF-kB in experimental autoimmune uveitis. Clin Immunol. 2022, 236:108939.
上述研究成果已于近日在Genome Biology在线发表，题目为 “YY1 lactylation in microglia promotes angiogenesis through transcription activation-mediated upregulation of FGF2”
转自：“BMC科研永不止步”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
