2022年首篇！蔡哲钧/李飞发现主动脉瓣钙化的潜在发病机制

四氢生物蝶呤 ( BH4) 是内皮一氧化氮合酶生物学功能的关键决定因素。本研究旨在探讨瓣膜内皮细胞 (VEC) 衍生的 BH4 在主动脉瓣钙化中的作用。

2022年2月9日，浙江大学蔡哲钧及华中科技大学李飞共同通讯在European Heart Journal（IF=30）在线发表题为“Endothelial cell-derived tetrahydrobiopterin prevents aortic valve calcification Get access Arrow”的研究论文，该研究发现与正常主动脉瓣相比，钙化主动脉瓣中 BH4 生物合成的两种关键酶，鸟苷 5'-三磷酸环水解酶 I (GCH1) 和二氢叶酸还原酶 (DHFR) 显著减少。 在 24 周的西方饮食 (WD) 作用后，与 Apoe−/−Gch1fl/fl 小鼠相比，Apoe−/− 中Gch1的内皮细胞特异性缺陷 (Apoe−/−Gch1fl/flTie2 Cre) 小鼠的主动脉瓣叶中的跨瓣峰值射流速度、钙沉积、Runx2、dihydroethidium (DHE) 和 3-硝基酪氨酸 (3-NT) 水平表现出明显的增长。氧化的 LDL (ox-LDL) 与 si-GCH1 或 si-DHFR 转染的 VEC 共培养诱导瓣膜间质细胞 (VIC) 的成骨细胞分化，而补充 BH4 可以消除这种影响。VECs 中 BH4 的缺乏导致 VICs 在 ox-LDL 刺激下过氧亚硝酸盐形成增加和 3-NT 蛋白增加。最后，叶酸 (FA) 通过增加 DHFR 和挽救 BH4 生物合成显著减弱 WD 喂养的 Apoe-/- 小鼠的主动脉瓣钙化。

总之，该研究发现内皮依赖性 BH4 水平的降低促进了过氧亚硝酸盐的形成，随后导致 DRP1 酪氨酸硝化和 VIC 的成骨细胞分化，从而导致主动脉瓣钙化。在饮食中补充FA通过挽救 BH4 的生物利用度来减轻高胆固醇血症引起的主动脉瓣钙化。

钙化性主动脉瓣疾病（CAVD）是发达国家常见的心血管疾病。其特点是瓣叶进行性纤维钙化重塑。主动脉瓣由瓣膜间质细胞 (VIC) 和瓣膜内皮细胞 (VEC) 组成。瓣膜间质细胞遍布整个主动脉瓣，而 VEC 位于外层并保持非血栓形成表面。大多数先前的研究都集中在 VICs 上，但只有少数研究探讨了 VECs 和 VICs 在主动脉瓣钙化中的相互作用。

瓣膜内皮细胞衍生的一氧化氮 (NO) 是瓣膜钙化早期阶段的天然抑制剂，也是瓣膜稳态和病理的重要调节剂。在兔模型中，内皮一氧化氮合酶 (eNOS) 在慢性高胆固醇血症期间下调，由此导致的亚硝酸盐生成增加促进了主动脉瓣钙化的发展。eNOS 缺陷小鼠中二尖瓣主动脉瓣的患病率高于正常小鼠。在培养的猪 VIC 中，NO 抑制钙化结节的形成。在 3D 共培养系统中，猪 VEC NO 水平的降低会增加成骨分化和基质钙化的风险。因此，eNOS 功能障碍在主动脉瓣钙化的发展中起着至关重要的作用。

四氢生物蝶呤 ( BH4 ) 是 eNOS 生物学功能的关键决定因素，通过改变 eNOS 的偶联状态在调节内皮功能中发挥双重作用。四氢生物蝶呤可以从 5'-三磷酸鸟苷 (GTP) 或二氢生物蝶呤 ( BH2) 在补救途径中以 NAD(P)H 为代价从头合成。因此，鸟苷 5'-三磷酸环水解酶 I (GCH1) 和二氢叶酸还原酶 (DHFR) 是两种关键酶。

文章模式图（图源自European Heart Journal ）

四氢生物蝶呤与 eNOS 结合，使其保持偶联二聚体状态，从而产生 NO。然而，由于 BH4 缺乏，解偶联的 eNOS 会产生超氧化物而不是 NO。超氧化物与 NO 反应形成过氧亚硝酸盐 (ONOO-)，进一步降低 NO 的生物利用度。越来越多的证据表明， BH4 不足依赖性 eNOS 解偶联介导内皮功能障碍并导致血管疾病，如高血压和动脉粥样硬化。然而，迄今为止尚未探索 BH4 在主动脉瓣钙化中的作用。因此，本研究旨在探讨 VEC 衍生的 BH4 在主动脉瓣钙化中的作用。

该研究发现与正常主动脉瓣相比，钙化主动脉瓣中 BH4 生物合成的两种关键酶，鸟苷 5'-三磷酸环水解酶 I (GCH1) 和二氢叶酸还原酶 (DHFR) 显著减少。 在 24 周的西方饮食 (WD) 作用后，与 Apoe−/−Gch1fl/fl 小鼠相比，Apoe−/− 中Gch1的内皮细胞特异性缺陷 (Apoe−/−Gch1fl/flTie2 Cre) 小鼠的主动脉瓣叶中的跨瓣峰值射流速度、钙沉积、Runx2、dihydroethidium (DHE) 和 3-硝基酪氨酸 (3-NT) 水平表现出明显的增长。

氧化的 LDL (ox-LDL) 与 si-GCH1 或 si-DHFR 转染的 VEC 共培养诱导瓣膜间质细胞 (VIC) 的成骨细胞分化，而补充 BH4 可以消除这种影响。VECs 中 BH4 的缺乏导致 VICs 在 ox-LDL 刺激下过氧亚硝酸盐形成增加和 3-NT 蛋白增加。最后，叶酸 (FA) 通过增加 DHFR 和挽救 BH4 生物合成显著减弱 WD 喂养的 Apoe-/- 小鼠的主动脉瓣钙化。

总之，该研究发现内皮依赖性 BH4 水平的降低促进了过氧亚硝酸盐的形成，随后导致 DRP1 酪氨酸硝化和 VIC 的成骨细胞分化，从而导致主动脉瓣钙化。在饮食中补充FA通过挽救 BH4 的生物利用度来减轻高胆固醇血症引起的主动脉瓣钙化。

参考消息：

https://academic.oup.com/eurheartj/advance-article-abstract/doi/10.1093/eurheartj/ehac037/6525632?redirectedFrom=fulltext