湘雅二医院袁凌青教授团队揭示褪黑素通过外泌体抑制血管钙化和衰老

湘雅二医院袁凌青教授团队揭示褪黑素通过外泌体抑制血管钙化和衰老

褪黑素因其强大的昼夜节律调节能力、抗氧化能力、以及免疫调节能力正成为颇具潜力的心血管治疗药物。近日，中南大学湘雅二医院代谢内分泌科袁凌青教授团队在国际著名期刊Bioactive Materials上发表重要研究成果，揭示了褪黑素通过血管壁微环境中内皮细胞源性外泌体抑制血管钙化和衰老的作用机制。

研究背景

褪黑素（melatonin，MT）因其强大的昼夜节律调节能力、抗氧化能力、以及免疫调节能力正成为颇具潜力的心血管治疗药物。既往的研究证实褪黑素具有抗血管钙化的作用，然而，血管壁微环境在血管钙化和衰老进展中的作用在很大程度上仍是未知的。

研究方法与结果

研究者首先通过联合分析公共数据库中心血管疾病患者与健康对照的数据集，发现参与血管重塑的细胞主要包括血管平滑肌细胞（VSMC）、内皮细胞（EC）、成纤维细胞等。已知的血管钙化和衰老致病基因在主要表达于EC、VSMC。而在脑血管病（CVD）患者中，MT受体的表达在EC中明显下降，并且EC与VSMC的细胞通讯明显减少，上述线索共同提示血管壁微环境中EC 和VSMC之间的交互在MT维持血管稳态中起重要作用。

为了验证生信分析结果，研究者利用EC源性荧光探针工具进行示踪，直接证实了EC 与 VSMC 之间细胞间信息传递。鉴于外泌体是最广为人知的细胞间信息传递者，研究者利用外泌体抑制剂GW4869，发现抑制外泌体释放可以减弱EC-VSMC信息交流，提示EC与VSMC的信息传递由外泌体介导。

接下来为了探究MT是否通过EC源性外泌体改善血管钙化和衰老，研究者分别提取了溶剂对照以及MT诱导内皮细胞分泌的外泌体（MT-EC-Exo）干预VSMC，随后发现MT-EC-Exo抑制VSMC钙化和衰老;与此同时，去除上清中外泌体后，MT-EC-Exo诱导的抗钙化和衰老的作用被大大削弱。

外泌体可以包裹并运输多种信号分子，包括RNA、蛋白，脂质等。为了探究microRNA是否介导了MT的抗血管钙化和衰老作用，研究者在提取外泌体之前预先敲减miRNA成熟过程中必须的剪切酶Dicer，发现降低外泌体中成熟miRNA的表达可以明显削弱MT-EC-Exo的作用，提示miRNA参与MT-EC-Exo抑制血管钙化和衰老的进程。

因此研究者通过MT-EC-Exo以及对照进行miRNA测序，筛选差异表达的miRNAs，发现上调外泌体中miR-302d-5p表达水平可以减弱VSMC钙化和衰老，而敲减外泌体中miR-302d-5p则得到相反的结果，上述结果证实MT-EC-Exo所富集的miR-302d-5p介导其抗VSMC钙化和衰老的作用。

为进一步探究miR-302d-5p的上下游靶标，研究者通过联合多个预测软件并进行生物信息学分析，发现miR-302d-5p的靶基因主要富集于Wnt信号通路，并证实了敲减Wnt3对VSMC钙化和衰老的抑制能力。

利用EC-VSMC共培养，研究者阐述了MT诱导的内皮细胞中miR-302d-5p的成熟依赖于WTAP/HNRNPA2B1/DGCR8介导的m6A甲基化通路。

最后，通过制备工程化过表达/敲减miR-302d-5p的Exo以及利用腺相关病毒胸主动脉节段内注射进行血管miR-302d-5p过表达，研究者在小鼠体内进一步证实过表达miR-302d-5p可以有效抑制血管钙化和衰老。

图1 褪黑素通过血管壁微环境中内皮细胞分泌的外泌体抑制血管钙化和衰老的机制图

研究意义

袁凌青教授长期深耕于血管钙化及衰老的基础及临床研究，其首次提出的“血管壁微环境”学说接连发表了多篇高水平原创性论文。该研究为前期基础的深化，为血管壁微环境学说再添力证，强有力地证实了褪黑素对于血管钙化及衰老的保护作用，为开发新的治疗方案提供了思路。

参考文献：
Vascular wall microenvironment: Endothelial cells original exosomes mediated melatonin-suppressed vascular calcification and vascular ageing in a m6A methylation dependent manner. Bioact Mater. 2024 Aug 28:42:52-67. doi: 10.1016/j.bioactmat.2024.08.021. eCollection 2024 Dec.