動脈粥樣硬化（Atherosclerosis）是一種慢性血管內(nèi)膜疾病，是全球發(fā)病率和死亡率的主要原因之一。血管衰老是動脈粥樣硬化的主要風險因素之一，尤其是內(nèi)皮細胞衰老在動脈粥樣硬化的早期階段就被觀察到，并參與其發(fā)病機制。近年來，研究表明表觀遺傳調(diào)控在血管衰老中發(fā)揮重要作用，但具體機制尚不清楚。S-腺苷同型半胱氨酸（S-adenosylhomocysteine hydrolase，SAH）是一種強效的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑，其水平升高與心血管疾病風險增加有關(guān)。而S-腺苷同型半胱氨酸水解酶（S-adenosylhomocysteine hydrolase，SAHH）的抑制會導致SAH水平升高，因此SAHH抑制是否加速血管衰老和動脈粥樣硬化進展是一個值得探索的問題。

 

近日，中山大學公共衛(wèi)生學院營養(yǎng)學系凌文華教授團隊研究探討了抑制SAHH對血管衰老和動脈粥樣硬化的影響及其潛在機制。研究結(jié)果表明，抑制SAHH會導致血管內(nèi)皮細胞衰老，并通過表觀遺傳調(diào)控促進線粒體分裂和活性氧（mtROS）水平升高，進而加速動脈粥樣硬化進展。研究結(jié)果揭示了SAHH在血管衰老和心血管疾病中的重要作用，并為相關(guān)疾病的預防和治療提供了新的靶點。相關(guān)研究成果以《Epigenetic modulation of Drp1-mediated mitochondrial fission by inhibition of S-adenosylhomocysteine hydrolase promotes vascular senescence and atherosclerosis》為題發(fā)表于《Redox Biology》期刊。易基因科技為本研究提供DNA甲基化測序技術(shù)服務(wù)。

標題：Epigenetic modulation of Drp1-mediated mitochondrial fission by inhibition of S-adenosylhomocysteine hydrolase promotes vascular senescence and atherosclerosis（通過抑制SAHH對Drp1介導的線粒體分裂的表觀遺傳調(diào)控促進血管衰老和動脈粥樣硬化）

發(fā)表時間：2023-7-25

發(fā)表期刊：Redox Biology

影響因子：IF10.7/Q1

技術(shù)平臺：WGBS、Target-BS等

本研究首先通過一項與血管衰老相關(guān)的病例對照研究顯示，血漿中SAH水平升高與血管衰老風險呈正相關(guān)，比值比（OR）為3.90（95%置信區(qū)間，1.17–13.02）。在32周齡的SAHH+/-小鼠的動脈中觀察到脈搏波速度升高、內(nèi)皮依賴性舒張反應受損以及衰老相關(guān)β-半乳糖苷酶染色增加。此外，在體外和體內(nèi)實驗中，抑制SAHH的血管內(nèi)皮細胞表現(xiàn)出p16、p21和p53表達增加、線粒體分裂形態(tài)以及Drp1表達顯著上調(diào)。通過siRNA或其特異性抑制劑mdivi-1進一步下調(diào)Drp1，可以恢復異常的線粒體形態(tài)，并挽救血管衰老的表型。此外，在APOE-/-小鼠中抑制SAHH會促進血管衰老和動脈粥樣硬化進展，而這種作用可以通過mdivi-1治療得到緩解。從機制上講，SAHH抑制會導致人臍靜脈內(nèi)皮細胞（HUVECs）中DRP1基因啟動子區(qū)域的低甲基化和DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1（DNMT1）下調(diào)。

研究結(jié)果表明，SAHH抑制通過抑制DNA甲基化在內(nèi)皮細胞中表觀遺傳性地上調(diào)Drp1表達，從而導致血管衰老和動脈粥樣硬化。這些結(jié)果表明，SAHH或SAH可以作為血管衰老和心血管疾病的潛在治療靶點。

圖形摘要

 

研究方法

病例對照研究：選取40-80歲的中老年人群，通過測量肱踝脈搏波速度（baPWV）確定病例組和對照組，分析血漿中SAH和SAM的水平。

動物實驗：使用SAHH雜合敲除小鼠（SAHH+/-）和載脂蛋白E缺陷小鼠（APOE-/-）模型，觀察SAHH抑制對血管衰老和動脈粥樣硬化的影響。

細胞實驗：在人臍靜脈內(nèi)皮細胞（HUVECs）中通過抑制SAHH，觀察細胞衰老、線粒體分裂和活性氧（mtROS）水平的變化。

分子機制研究：通過基因表達分析、DNA甲基化測序（WGBS、Target-BS）等技術(shù)，探討SAHH抑制誘導血管衰老的分子機制。

 

研究結(jié)果

（1）血漿SAH水平與人群的血管衰老有關(guān)

在一項包含102名年齡和性別匹配的受試者的病例對照研究中，定義臂踝脈搏波速度 （baPWV）≥1400 cm/s為血管衰老。結(jié)果顯示，病例組的血漿SAH水平顯著高于對照組，而SAM/SAH比值則較低。血漿SAH水平與baPWV、頸動脈內(nèi)膜中層厚度（cIMT）呈正相關(guān)，與血流介導的血管擴張（FMD）呈負相關(guān)。這表明SAH代謝與血管衰老之間存在相關(guān)性。

圖1：血漿SAH水平與人群血管衰老相關(guān)

 

（2）SAHH 抑制誘導血管衰老

在32周齡的SAHH+/-小鼠中，觀察到血漿SAH水平升高，SAM/SAH比值降低，并表現(xiàn)出血管衰老跡象，包括脈搏波速度（PWV）增加、內(nèi)皮依賴性舒張功能受損以及主動脈中衰老相關(guān)β-半乳糖苷酶（SA β-gal）染色增加。此外，細胞衰老主要發(fā)生在內(nèi)皮層。在體外實驗中，使用SAHH抑制劑腺苷二醛（ADA）或SAHH siRNA處理HUVECs，也觀察到SA β-gal染色增加和衰老標志物p16、p21、p53表達上調(diào)。

圖2：SAHH抑制誘導血管衰老。

 

（3）SAHH 抑制促進線粒體分裂并介導mtROS水平上調(diào)

鑒于SAHH抑制與DNA低甲基化相關(guān)，研究者對經(jīng)SAHH抑制處理的人臍靜脈內(nèi)皮細胞（HUVECs）進行全基因組亞硫酸鹽測序（WGBS）以進一步探究其機制。測序結(jié)果顯示與對照組相比，SAHH抑制組的整體甲基化水平降低。對測序數(shù)據(jù)集進行的GO富集分析表明，調(diào)節(jié)線粒體動態(tài)的基因可能介導了SAHH抑制誘導衰老的效果。

圖3： HUVECs細胞轉(zhuǎn)染SAHH-siRNA 48小時。

（A）基因組DNA甲基化測序示意圖。

（B）功能基因組區(qū)域中甲基化胞嘧啶相對密度的基因組特征。

（C）基于WGBS數(shù)據(jù)，對NC-siRNA組和SAHH-siRNA組之間差異甲基化區(qū)域（DMR）相關(guān)基因進行的生物過程GO富集分析。

 

在SAHH抑制的HUVECs細胞中，通過透射電子顯微鏡（TEM）和MitoTracker Green染色觀察到線粒體形態(tài)變短，表明線粒體分裂增加。同時，使用MitoSOX染色檢測到線粒體來源的活性氧（mtROS）水平升高。在SAHH+/-小鼠的主動脈中也觀察到類似的線粒體分裂形態(tài)和ROS水平增加。此外，使用mtTEMPO（一種特異性mtROS清除劑）處理可緩解SAHH抑制引起的細胞衰老表型。

圖4：SAHH抑制促進線粒體分裂和mtROS升高。

 

（4）Drp1-mtROS通路介導SAHH 抑制誘導的內(nèi)皮衰老

研究發(fā)現(xiàn)，SAHH抑制上調(diào)Drp1表達，而其他調(diào)節(jié)線粒體動態(tài)的分子（如Fis1、OPA1、MFN1和MFN2）表達未發(fā)生變化。通過siRNA或Drp1特異性抑制劑mdivi-1抑制Drp1，可恢復線粒體形態(tài)，并減輕SAHH抑制引起的內(nèi)皮細胞衰老表型。此外，敲低Drp1可抑制SAHH抑制引起的mtROS升高，而清除mtROS對Drp1表達或線粒體形態(tài)無影響，表明mtROS增加是Drp1依賴性。

參考文獻：

You Y, Chen X, Chen Y, Pang J, Chen Q, Liu Q, Xue H, Zeng Y, Xiao J, Mi J, Tang Y, Ling W. Epigenetic modulation of Drp1-mediated mitochondrial fission by inhibition of S-adenosylhomocysteine hydrolase promotes vascular senescence and atherosclerosis. Redox Biol. 2023 Sep;65:102828. doi: 10.1016/j.redox.2023.102828.