山东大学齐鲁医院突破性研究：ALDH2缺乏通过促炎巨噬细胞USP14-cGAS依赖性极化加剧动脉粥样硬化

原创1774阅读 2025-03-24 13:52:46

Highlights

1. ALDH2 rs671突变和ALDH2缺陷在体内和体外增强M1巨噬细胞极化并抑制M2极化。

2. ALDH2通过cGAS-STING信号通路调节巨噬细胞极化和炎症。

3. ALDH2以USP14依赖性方式增加赖氨酸282的K48连接多泛素化，从而促进cGAS降解，这与ALDH2对4-HNE解毒的酶活性有关。

4. 将敲低慢病毒USP14的骨髓细胞移植到动脉粥样硬化小鼠中可减轻巨噬细胞炎症反应，并对动脉粥样硬化的进展发挥保护作用。

近日，“Redox Biology”（IF=10.7）上发表了一篇题为“ALDH2 deficiency augments atherosclerosis through the USP14-cGAS-dependent polarization of proinflammatory macrophages”的文章。这篇文章探讨了ALDH2基因变异如何通过影响USP14-cGAS信号通路，进而调控促炎性巨噬细胞的极化，参与动脉粥样硬化的发展。

研究背景介绍

动脉粥样硬化是一种慢性炎症性疾病，其特征是动脉壁内脂质、炎症细胞、钙和其他物质的积累，形成斑块。这些斑块可以限制血流，最终导致心脏病发作或中风。

USP14是一种去泛素化酶，参与调节多种细胞过程，包括蛋白质的稳定性和信号传导。

ALDH2是一种线粒体酶，主要参与代谢乙醛，这是酒精代谢的中间产物。ALDH2的遗传变异，特别是rs671多态性，与多种心血管疾病的风险增加有关，包括动脉粥样硬化。

研究思路分析

研究技术路线图

01ALDH2与巨噬细胞极化

①从携带ALDH2 rs671突变和对照组个体中分离外周血单核细胞（PBMCs），并将其分化为巨噬细胞。在用氧化型低密度脂蛋白（oxLDL）处理后，发现与对照组（GG型）相比，突变组（AA型）中促炎性标志物CD68+CD86+的巨噬细胞数量更多。在抗炎性极化时，AA组中CD68+CD163+巨噬细胞数量显著少于GG组，而GA基因型的巨噬细胞显示出介于AA和GG之间的极化状态。

②使用ALDH2基因敲除（ALDH2-KO）和野生型（WT）小鼠的骨髓来源巨噬细胞（BMDMs），发现与WT BMDMs相比，ALDH2-KO BMDMs在oxLDL刺激下形成更多的促炎性巨噬细胞，并且经IL-4和IL-13处理后，抗炎性巨噬细胞的数量减少。而ALDH2的缺失在基线水平上并未改变巨噬细胞的表型。

③研究确认了ALDH2缺失损害了由IL-4/IL-13诱导的抗炎性巨噬细胞极化，并促进了oxLDL触发的促炎性巨噬细胞激活。在RAW264.7细胞中，ALDH2活性的上调抑制了oxLDL诱导的促炎巨噬细胞极化，而ALDH2活性的下调则增加了oxLDL诱导的促炎巨噬细胞极化。

02ALDH2与动脉粥样硬化

①进行骨髓移植实验生成特异性ALDH2缺乏的骨髓细胞，并将其移植到被照射后的ApoE−/−小鼠中，产生两种嵌合小鼠：ApoE−/−到ApoE−/−（ApoE−/−供体），ALDH2−/−ApoE−/−到ApoE−/−（ALDH2−/−ApoE−/−供体）。随后被喂食高脂饮食（HFD）以诱导动脉粥样硬化。

②与喂食HFD的ApoE−/−供体鼠相比，喂食HFD的ALDH2−/−ApoE−/−供体鼠的动脉粥样硬化斑块面积显著增大。ALDH2缺陷的巨噬细胞在斑块中的炎症基因表达增加，而抗炎基因表达降低。流式细胞术分析显示，ALDH2缺陷增加了主动脉中促炎巨噬细胞的比例，同时降低了抗炎巨噬细胞的比例。

③与喂食正常饲料的ApoE−/−供体鼠相比，喂食HFD的ApoE−/−供体鼠的动脉粥样硬化斑块中cGAS、STING、p-TBK1（Ser172）和p-IRF3（Ser396）的水平显著升高。

④对GEO数据库中WT和ApoE−/−小鼠转录组数据集的分析发现，78周龄ApoE−/−小鼠病变中的下调基因主要涉及氧化还原过程、代谢过程和脂质代谢过程基因，而炎症反应、免疫系统过程和化学趋化性基因表达上调。

⑤体内实验显示，ALDH2 rs671突变增加了cGAS的基线蛋白水平，并且oxLDL刺激后，突变型PBMCs中cGAS下游分子STING、p-TBK1和p-IRF3的表达高于野生型。

03ALDH2、USP14与cGAS-STING信号通路

①使用cGAS抑制剂RU.521抑制cGAS-STING途径，观察oxLDL或IL-4/IL-13刺激ALDH2 rs671突变体和对照组的PBMCs。发现RU.521抑制了oxLDL诱导的促炎巨噬细胞极化，同时促进了IL-4/IL-13触发的抗炎巨噬细胞激活。此外，RU.521在基线状态下对巨噬细胞极化无影响。表明ALDH2通过cGAS-STING信号途径调节巨噬细胞极化和炎症。

②研究发现，ALDH2显著改变了cGAS蛋白水平，但对cGAS的mRNA水平没有影响。研究结果表明，K48链连接的泛素化在调节cGAS蛋白水平中发挥关键作用。此外，研究还揭示了ALDH2通过代谢4-HNE来影响cGAS的稳定性，进而调控巨噬细胞的炎症反应。进一步研究发现，4-HNE通过影响去泛素化酶USP14，调控cGAS的K48链连接泛素化，从而稳定cGAS蛋白。

③小鼠骨髓中USP14的敲低显著减少了促炎性巨噬细胞标志物的表达，并促进了抗炎性巨噬细胞表型。而在动脉根部组织中，USP14敲低的骨髓移植小鼠的动脉粥样硬化斑块形成得到显著缓解，且巨噬细胞浸润显著减少。然而，USP14敲低并未改变小鼠血清中的甘油三酯、胆固醇、高密度脂蛋白和低密度脂蛋白的水平。表明在巨噬细胞中特异性敲低USP14可以减轻动脉粥样硬化和炎症的进展。