奥古斯塔大学：嘌呤合成抑制减少了啮齿动物模型中肺动脉高压的发生和进展

背景

肺动脉高压 (PH)是一种以进行性肺血管重塑为特征的致死性肺血管疾病，包括细胞外基质的聚集和血管平滑肌细胞 (VSMCs)的过度增殖。增殖细胞利用嘌呤从头合成通路 (DNPS)中的嘌呤碱基进行核苷酸合成；尽管我们对相关机制和新兴治疗方法的理解有所提高，但尚不清楚DNPS是否在PH发展期间的VSMC增殖中起关键作用。DNPS的最后两个步骤由5-氨基咪唑-4-甲酰胺核糖核苷酸甲酰转移酶/肌苷一磷酸环化水解酶 (ATIC)催化。本研究旨在探讨ATIC驱动的DNPS是否影响肺动脉平滑肌细胞 (PASMCs)增殖和PH的发生和/或进展。

左图：对于正常肺动脉的血管平滑肌细胞 (VSMCs)，低水平的生长信号导致低水平的从头合成嘌呤以及RNA和DNA的产生，维持VSMCs的止血作用。右图：对于肺动脉高压 (PH)的VSMC，高水平的生长信号导致包括ATIC在内的嘌呤相关基因表达增加，嘌呤从头合成增强，RNA和DNA生成增强，促进VSMC增殖，肺动脉壁增厚。AMP，腺苷一磷酸；ATIC，5-氨基咪唑-4-甲酰胺核糖核苷酸甲酰转移酶/肌苷一磷酸环化水解酶；GMP，鸟苷酸；IMP，肌苷一磷酸。

简介

2023年1月31日，来自美国奥古斯塔大学的Qian Ma及其团队在Eur Heart J (IF: 35.855)杂志上发表名为Purine synthesis suppression reduces the development and progression of pulmonary hypertension in rodent models的研究[1]。

研究亮点

1、新生嘌呤合成 (DNPS)相关基因的表达与肺动脉高压 (PH)呈正相关。

2、我们的研究为肺血管平滑肌细胞中嘌呤代谢的重编程提供了新的见解，这有助于增加增殖，肺血管重塑和PH值的发展。

3、ATIC是一个希望的治疗靶点，可降低DNPS效应，从而减缓PH的发生和/或进展。

主要结果

增殖性肺动脉平滑肌细胞中嘌呤合成增强

为了确定DNPS基因的上调是否与嘌呤从头代谢增加相关，我们测定了PDGF刺激的人PASMCs中DNPS的相对通量。在添加了5%透析FBS的培养基中培养的PDGF处理的PASMCs (增殖性PASMCs)与稳定同位素标记的15N-酰胺-谷氨酰胺和13C2-甘氨酸一起孵育，这两种物质均有助于嘌呤环的合成 (图2A)。采用液相色谱-串联质谱 (LC-MS/MS)分析细胞提取物。增殖期PASMCs的15N-谷氨酰胺标准化峰面积低于静止期PASMCs，提示增殖期PASMCs对15N-谷氨酰胺的利用增加。此外，15N标记的嘌呤中间产物，包括嘌呤核苷酸 (IMP、AMP、ADP、ATP、GDP)、嘌呤脱氧核苷酸 (dAMP、dATP、dGMP、dGTP)和嘌呤碱基 (腺嘌呤)，在有丝分裂原PDGF的作用下，标准化峰面积显著增加 (图2B)。同样，13C2-甘氨酸 (为嘌呤环提供两个碳原子)的同位素示踪 (图2A)也表明，增殖的PASMCs的DNPS显著增强 (图2C)。接下来，我们使用放射性示踪剂U-14C-甘氨酸和14C-甲酸确定了DNPS对新组装的核酸的贡献 (图2A)，并使用G-3H-次黄嘌呤研究了嘌呤补救通路在增殖的PAMCs中核酸合成中的作用 (图2D)。如图2E所示，在增殖的PASMCs中，来自甘氨酸和甲酸的14C掺入DNA/ RNA显著增加，而来自次黄嘌呤的3H掺入略有上调，表明DNPS与增殖的PASMCs中RNA/DNA的从头合成高度相关。

血管平滑肌细胞特异性敲除Atic可减轻小鼠缺氧诱导肺动脉高压的发生/发展

为了研究ATIC与啮齿类动物PH的关系，我们检测了ATIC在低氧诱导的PH小鼠肺组织中的表达。与对照小鼠的肺相比，PH小鼠的肺在蛋白和mRNA水平上显示出更高的ATIC水平 (图4A和B)。在Sugen/Hypoxia (Su/Hx)诱导的PH大鼠的肺中观察到类似的数据。免疫荧光染色显示，ATIC在PH模型大鼠PASMCs中的表达明显高于对照组。这些结果表明，ATIC介导的DNPS诱导与PH中病理性PASMCs高度相关。

全身性Atic缺乏可减轻小鼠缺氧诱导的肺动脉高压的进展

为了进一步评估ATIC作为治疗靶点的潜力，我们评估了整体ATIC缺乏对PH进展的影响。8周龄的AticF/F, Rosa26Cre/ERT2雄性小鼠和它们的对照小鼠 (Rosa26Cre/ERT2)被饲养在低氧舱内，暴露在低氧 (10% O2)中2周以促进PH的发展，然后注射他莫西芬来敲除AticF/F中的ATIC；Rosa26Cre/ERT2小鼠，而不是Rosa26Cre/ERT2小鼠。在低氧条件下将小鼠再饲养2周 (图7A)。Rosa26Cre/ERT2小鼠缺氧2周后，RVSP升高，RV肥大，Rosa26Cre/ERT2小鼠缺氧2周后，RVSP进一步升高 (图7B-E)。相反，在他莫昔芬治疗后的AticF/F；Rosa26Cre/ERT2小鼠中，ATIC表达缺失可阻断RVSP的进一步升高和RV肥大 (图7B-E)。此外，在建立PH的小鼠中，Atic敲除增强了RV和PA功能 (图7F和G)，但超声心动图测定的LV功能未发生改变。此外，Atic敲除还阻止了肺血管重塑的时间依赖性进展。暴露于缺氧2周和4周的小鼠肺血管的管壁厚度 (图7H)和ACTA2阳性区域 (图7I)的显著变化证明了这一点。这些数据表明，靶向ATIC介导的DNPS可有效抑制PH的进展。

结论及展望

靶向ATIC介导的DNPS会降低嘌呤核苷酸在DNA/RNA中的掺入，减少PASMC增殖和肺血管重塑，改善PH的发生和发展。

原文链接

https://fulltext.yuntsg.com/pdfviewer?casesid=76051865

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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