必追的国自然热点⑥ | 神热点！血管功能遇见“新”修饰

国自然一直以来都是学术界的风向标，以国自然热点为课题方向，能有效提高国自然申请的中标率。为此我们策划了“必追的国自然热点”系列文章，精选了2022年国自然中标项目中的6个热门课题 (乳酸化修饰、免疫调控、血管功能、细胞自噬、代谢重编程、线粒体等) 进行详细解读，希望能为大家带来启发。

往期速览

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第一弹：代谢“白天鹅”——乳酸化修饰 

第二弹：空间蛋白质组学，打开“组织微环境”的黑匣子

第三弹: 强强联合——线粒体与新型酰化修饰

第四弹：水乳交融——免疫代谢与新型酰化修饰

第五弹：代谢重编程—生命活动的“变速器”

今天给大家推荐一个很好的国自然研究热点——血管功能，血管功能相关的机制研究非常热，不仅是肿瘤，多种非肿瘤疾病如肥胖、哮喘、动脉粥样硬化、神经变性、高血压、先兆子痫、呼吸窘迫、骨质疏松等都可研究！而且，它还能够与国自然研究另一大热点——翻译后修饰结合，让研究思路新！上！加！新！

循环系统对组织血流的调节主要通过血管的收缩与舒张实现，血管功能的紊乱或障碍会引发多种疾病。如，血管生长或维持不足可导致中风、心肌梗死、溃疡性疾病和神经退化，血管异常生长或重塑导致癌症、炎症性疾病、肺动脉高压和盲眼疾病。

蛋白质是生物活动的主要承担者，在血管功能稳态与重构中发挥重要的调控作用。2013年国科金颁布“血管稳态与重构的调控机制重大研究计划”，前瞻性指明研究血管稳态维持和改变过程中细胞信号通路、基因和蛋白的表达、修饰及代谢产物的动态改变的重点研究方向。2021年，国科金发布“动脉粥样硬化性心脑血管疾病系统流行病学研究”重大项目指南，强调在长期随访的大样本人群队列和基因组学研究的基础上，整合蛋白质组等多组学标志物技术，在分子水平上揭示疾病发生发展的主要致病通路及其调控网络。

图 国自然基金官网2021年重大项目指南

今天，我们总结了6篇蛋白质组学/修饰组学应用于血管功能研究的典型应用，为大家的国自然申请提供参考。

01.  乳酸化/乙酰化修饰

Cell Death Differ：HMGB1乳酸化/乙酰化破坏血管内皮功能障碍

脓毒症是一种对感染反应失调导致的器官功能障碍综合症，血清乳酸被认为是脓毒症预后的生物标志物。HMGB1是一种普遍存在的核蛋白，可由活化的巨噬细胞释放，以协调炎症反应。临床证据表明，循环HMGB1水平显著升高，并与脓毒症的严重程度和死亡率呈正相关。

2021年8月，东田纳西州立大学李传富 (Chuanfu li) 团队在Cell Death & Differentiation发表题为"Lactate promotes macrophage HMGB1 lactylation, acetylation,and exosomal release in polymicrobial sepsis" 的研究论文。研究证明了乳酸通过巨噬细胞外泌体分泌促进HMGB1乳糖化/乙酰化和释放的新作用。乳酸通过向HMGB1的赖氨酸残基引入丙交酯基直接参与HMGB1的丙交酯化，赖氨酸残基取决于p300乙酰化酶的活性。此外，乳酸化/乙酰化HMGB1从细胞核转移到细胞质，然后通过外泌体分泌释放到循环中，分泌的外体HMGB1进一步破坏内皮细胞的完整性并增加血管通透性。

图1 HMGB1乳酸化/乙酰化诱导内皮功能障碍

02. 泛素化修饰

Mol Cell：线性泛素化调控血管生成新机制

线性泛素化修饰是一类新型的泛素化修饰，这是由泛素N端甲硫氨酸和另一个泛素分子C端首尾相连的直链泛素链修饰形式。迄今为止，线性泛素化修饰被发现与炎症、免疫、细胞程序性坏死、血管发育等关系密切，但线性泛素化对于血管发育，尤其是内皮细胞稳态调控背后的分子机制尚不清晰。

2021年6月，军事科学院军事医学研究院、国家蛋白质科学中心 (北京) 张令强团队和贺福初团队联合哈佛医学院贝斯以色列女执事医疗中心魏文毅团队、中科院微生物所刘翠华团队在Molecular Cell 发表了题为OTULIN allies with LUBAC to govern angiogenesis by editing ALK1 linear polyubiquitin 的研究长文。该项研究鉴定出线性泛素化修饰的新底物ALK1 (Activin Receptor-Like Kinase 1) ，解析了线性泛素化修饰的ALK1激酶活性抑制是OTULIN敲除小鼠胚胎致死的关键分子机制，同时揭示了ALK1突变相关的遗传性出血性毛细血管扩张症HHT (Hereditary hemorrhagic telangiectasia) 新的病理学机制。

图2 研究机制图解

03.  SUMO化修饰

PNAS：SUMO化修饰调控血管生成

血管网络是机体运输营养物质、氧气及代谢产物的主要系统。血管生成，即从先前存在的血管中形成新血管，有助于胚胎发育、组织稳态和伤口愈合，对于生命系统的正常运转具有重要意义。SUMO化修饰 (SUMOylation) 是一种普遍存在、高度动态可逆的蛋白翻译后修饰类型，已被确定为广泛参与控制细胞过程，包括基因组维持、基因表达、蛋白质稳定性、蛋白质亚细胞定位和信号转导。

2022年6月21日，浙江大学生命科学学院遗传与再生生物学研究所余路阳/裘聪课题组在国际权威期刊 PNAS 上发表了题为“FGFR1 SUMOylation coordinates endothelial angiogenic signaling in angiogenesis ” 的文章，发现了FGFR1保守的赖氨酸位点发生响应于血管生成刺激的蛋白翻译后SUMO化修饰，该过程由去SUMO化酶SENP1调控。SENP1调节的FGFR1 SUMO化/去SUMO化作为内在机制调控了FGFR和VEGFR受体复合体激活转换和下游血管生成信号的平衡。FGFR1通过协调多种血管生物学过程，在维持血管内皮细胞的动态平衡方面起着重要作用，该发现揭示了血管生成信号网络未知的协同机制，阐明了SUMO化修饰在血管发育和修复中的重要作用。

图3 SUMO化系统调控血管生成核心通路的机制机制图解

04.  磷酸化修饰

Cell Death Dis：TBK1影响视网膜血管发育及功能

血-视网膜屏障功能障碍是众多致盲性眼病的早期病理改变，在糖尿病视网膜病变、老年性黄斑变性等常见眼病的发生与进展过程中均发挥关键作用。作为血-视网膜内屏障的核心组分，内皮细胞及其细胞间连接对于维持良好的血管屏障功能至关重要。

2022年10月，华中科技大学同济医学院附属同济医院眼科赵寅助理研究员与无锡市第二人民医院眼科李璐副主任医师团队在Cell Death Discovery发表了题为“Endothelial deletion of TBK1 contributes to BRB dysfunction via CXCR4 phosphorylation suppression” 的文章，阐明了内皮细胞中TBK1蛋白对于视网膜血管发育与血管屏障功能的保护作用，联合运用磷酸化修饰组学与全蛋白质组学分析内皮细胞TBK1敲除组及对照组新生鼠视网膜组织中蛋白质磷酸化水平的差异。相较于对照组，实验组内检测到20个磷酸化修饰上调位点与104个磷酸化修饰下调位点。将磷酸化水平差异蛋白进行GO与KEGG富集分析，结合蛋白功能及组间磷酸化差异水平，选定磷酸化修饰下调蛋白CXCR4为TBK1调控内皮屏障功能的潜在靶点，并证实了CXCR4 S355磷酸化参与TBK1介导的内皮屏障功能的调控，为视网膜血管屏障功能障碍的发病机制与治疗思路提供新的理论支持。

图4 分析内皮细胞TBK1敲除组及对照组新生鼠视网膜组织中蛋白质磷酸化水平的差异

05.  乳酸化修饰

Int J Biol Macromol：HIF1α乳酸化修饰促进前列腺血管生成

2022年12月，武汉大学中南医院张鹏团队在期刊International Journal of Biological Macromolecules上发表了题为HIF1α lactylation enhances KIAA1199 transcription to promote angiogenesis and vasculogenic mimicry in prostate cancer 的最新成果，研究发现透明质酸 (HA) 结合蛋白KIAA1199参与糖酵解，缺氧和血管生成途径，HIF1α在常氧下提高KIAA1199的转录活性，增强的KIAA1199在PCa组织中的表达与肿瘤分期、HIF1α过表达以及血管生成标志物呈正相关。此外，MCT1介导的乳酸增强HIF1α乳酸化以刺激KIAA1199信号传导。总之，该研究发现mct1介导的HIF1α乳酸化在常氧条件下引发KIAA1199的促血管生成作用，为开发一种有前途的新的PCa血管生成治疗靶点奠定了基础。

图5 HIF1α乳酸化修饰促进前列腺血管生成图解

06.  蛋白质组学

Circ Res：YAP调控不良饮食诱导的动脉硬化新机制

动脉僵硬已被证明是心血管疾病发病率和死亡率的预测因子，其特征是过度纤维化和中枢动脉和导管动脉弹性的进行性丧失，导致动脉储存能力降低以及沿血管壁传播脉搏的速度增加。阐明代谢综合征导致动脉硬化的分子机制对于减少或预防后续的心血管相关疾病有重要意义。

2022年7月，天津医科大学艾玎教授心血管领域TOP期刊Circulation Research上发表了题为“Yes-Associated Protein Targets the Transforming Growth Factor β Pathway to Mediate High-Fat/High-Sucrose Diet-induced Arterial Stiffness”的研究成果，首先利用4D蛋白质组学技术筛选到了高脂高糖食物 (HFHS) 诱导后的关键蛋白YAP，随后通过一系列分子机理实验进行了机制探究，揭示了YAP在平滑肌细胞 (SMC) 中充当HFHS传感器，并通过控制介导动脉僵硬度发展所需的磷酸酶PPM1B的泛素化修饰和核易位来延长TGFβ信号传导的分子机制，研究结果表明，在HFHS患者中早期靶向YAP和PPM1B可能是通过预防动脉僵硬来预防心血管疾病的有效策略。

图6 YAP调控HFHS诱导的动脉僵硬机制图解

参考文献

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