Activin A蛋白在癌癥惡病質(zhì)血管內(nèi)皮功能障礙中的作用機(jī)制研究

一、癌癥惡病質(zhì)的研究背景
惡病質(zhì)是癌癥患者常見(jiàn)的全身性消耗性疾病，表現(xiàn)為嚴(yán)重的骨骼肌萎縮和進(jìn)行性體重下降。由于對(duì)其發(fā)生機(jī)制了解不足，目前臨床上缺乏有效治療手段。骨骼肌是高度血管化的組織，血管內(nèi)皮細(xì)胞作為接觸血液循環(huán)因子的第一站，理應(yīng)是感知致病信號(hào)并介導(dǎo)肌肉萎縮的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。Activin A蛋白作為一種重要的炎癥因子，在惡病質(zhì)發(fā)生發(fā)展中的作用值得深入探討。

二、肌肉血管內(nèi)皮損傷早于肌肉萎縮
研究人員利用KPC胰腺癌小鼠模型開(kāi)展研究，發(fā)現(xiàn)5月齡惡病質(zhì)小鼠的肌肉血管出現(xiàn)明顯減少和斷裂。對(duì)比不同月齡小鼠發(fā)現(xiàn)，3月齡KPC小鼠雖未出現(xiàn)肌肉萎縮，但其肌肉血管密度已顯著下降，提示血管損傷發(fā)生于骨骼肌萎縮之前。這一現(xiàn)象在結(jié)腸癌、肺癌和黑色素瘤等多種小鼠模型中得到驗(yàn)證，腫瘤植入后1-2周即出現(xiàn)血管密度下降，早于肌肉萎縮。臨床樣本分析也證實(shí)，癌癥患者腹部肌肉血管密度顯著下降，伴有惡病質(zhì)的患者變化更為明顯，強(qiáng)調(diào)了血管損傷的臨床相關(guān)性。Activin A蛋白水平在惡病質(zhì)小鼠模型中顯著升高，提示其可能參與血管損傷過(guò)程。

三、Activin A誘導(dǎo)血管內(nèi)皮功能障礙的機(jī)制
為探究惡病質(zhì)發(fā)展過(guò)程中肌肉血管內(nèi)皮細(xì)胞的基因變化，研究人員對(duì)黑色素瘤小鼠模型的內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析。結(jié)果顯示，腫瘤生長(zhǎng)早期內(nèi)皮細(xì)胞中與分化相關(guān)的基因已發(fā)生顯著改變。研究發(fā)現(xiàn)，惡病質(zhì)小鼠血液中的循環(huán)Activin A蛋白水平顯著升高，且肌肉內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)更多Activin A受體，對(duì)循環(huán)Activin A的易感性高于骨骼肌細(xì)胞本身。這一發(fā)現(xiàn)揭示了Activin A蛋白作為關(guān)鍵致病因子直接作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞的分子基礎(chǔ)。

四、循環(huán)Activin A直接誘發(fā)內(nèi)皮功能障礙
為確定循環(huán)Activin A升高是否直接誘發(fā)血管功能障礙，研究人員利用腺相關(guān)病毒（AAV）在小鼠體內(nèi)過(guò)表達(dá)Activin A蛋白。高劑量Activin A顯著降低小鼠肌肉血管密度，同時(shí)上調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞中促凋亡基因和內(nèi)皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EndMT）標(biāo)志物表達(dá)，下調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物。在尚未出現(xiàn)惡病質(zhì)的早期小鼠中，肌肉血管內(nèi)凋亡內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)量已顯著增加。這些結(jié)果表明，循環(huán)中的Activin A蛋白誘導(dǎo)了內(nèi)皮細(xì)胞凋亡和表型轉(zhuǎn)化，最終導(dǎo)致肌肉血管功能障礙。

五、血管屏障破壞與炎癥反應(yīng)
為評(píng)估血管內(nèi)皮屏障完整性，研究人員將熒光標(biāo)記白蛋白注射到小鼠體內(nèi)。結(jié)果顯示，惡病質(zhì)小鼠肌肉組織間隙中出現(xiàn)大量白蛋白滲漏，表明微血管通透性顯著升高。內(nèi)皮屏障受損促進(jìn)了免疫細(xì)胞浸潤(rùn)，腫瘤生長(zhǎng)早期肌肉內(nèi)免疫細(xì)胞比例顯著上升，同時(shí)多種炎癥介質(zhì)表達(dá)水平升高。這些結(jié)果表明，微血管屏障破壞引發(fā)肌肉組織早期免疫浸潤(rùn)和局部炎癥加劇，Activin A蛋白在這一級(jí)聯(lián)反應(yīng)中處于上游調(diào)控位置。

六、PGC1α作為關(guān)鍵分子的發(fā)現(xiàn)
對(duì)惡病質(zhì)小鼠肌肉內(nèi)皮細(xì)胞的基因分析發(fā)現(xiàn)，關(guān)鍵內(nèi)皮穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)因子PGC1α表達(dá)顯著下調(diào)。體外實(shí)驗(yàn)表明，Activin A暴露直接抑制了PGC1α啟動(dòng)子活性。敲低PGC1α不僅導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞凋亡率增加，引發(fā)內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化，還導(dǎo)致維持血管屏障完整的VE-cadherin蛋白下調(diào)，內(nèi)皮細(xì)胞間連接被破壞。機(jī)制研究表明，正常狀態(tài)下PGC1α能結(jié)合在VE-cadherin基因啟動(dòng)子上，而Activin A刺激則阻斷這一結(jié)合過(guò)程。這些結(jié)果表明，腫瘤釋放的Activin A蛋白通過(guò)抑制內(nèi)皮細(xì)胞PGC1α表達(dá)，直接瓦解血管屏障。

七、內(nèi)皮特異性PGC1α缺失模擬惡病質(zhì)表型
為驗(yàn)證單純內(nèi)皮細(xì)胞PGC1α下調(diào)是否足以引發(fā)肌肉功能障礙，研究人員構(gòu)建了內(nèi)皮細(xì)胞特異性PGC1α缺失小鼠。即使體內(nèi)沒(méi)有腫瘤，這些小鼠仍表現(xiàn)出惡病質(zhì)典型癥狀：體重下降、握力減低、肌肉萎縮，肌肉中惡病質(zhì)標(biāo)志物表達(dá)升高，同時(shí)表現(xiàn)出血管密度下降和毛細(xì)血管滲漏。這證明Activin A蛋白誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞PGC1α下調(diào)足以驅(qū)動(dòng)肌肉萎縮，確立了這一信號(hào)軸在惡病質(zhì)發(fā)病中的核心地位。

八、靶向Activin A-PGC1α軸的治療潛力
為評(píng)估靶向治療潛力，研究人員開(kāi)展了兩項(xiàng)干預(yù)實(shí)驗(yàn)。注射Activin A中和抗體顯著增加了腫瘤小鼠肌肉血管密度，恢復(fù)握力和肌肉質(zhì)量，惡病質(zhì)標(biāo)志物表達(dá)下降。在肌肉內(nèi)皮細(xì)胞中特異性過(guò)表達(dá)PGC1α，成功維持了血管密度，增加功能性血管數(shù)量，提升握力和肌肉質(zhì)量，抑制惡病質(zhì)標(biāo)志物和炎癥基因表達(dá)。這些結(jié)果證實(shí)，靶向Activin A蛋白及其下游PGC1α信號(hào)通路能夠有效抑制癌癥惡病質(zhì)進(jìn)展。

Activin A蛋白在癌癥惡病質(zhì)血管內(nèi)皮功能障礙中的作用機(jī)制研究-南京優(yōu)愛(ài)(UA BIO), 重組蛋白專家