FMO2通过调控N-乙酰鸟氨酸代谢促进血管生成：缺血性疾病治疗新靶点的发现与机制研究

本文揭示了含黄素单加氧酶2（FMO2）在缺血条件下通过代谢重编程调控血管生成的重要作用。研究者通过单细胞转录组分析发现FMO2在多种缺血模型及血管发育过程中显著下调，进一步利用基因敲除和过表达模型证实了FMO2通过促进N-乙酰鸟氨酸（N-acetylornithine）合成，进而激活转录因子ATF3并抑制NOTCH1信号通路，最终促进血管生成。该研究不仅阐明了FMO2- N-acetylornithine-ATF3-NOTCH1轴在血管生成中的新机制，还通过临床样本验证了其在人类缺血性疾病（如STEMI和PAD）中的潜在应用价值，为缺血性疾病的治疗提供了新的代谢干预靶点。

　　

引言

血管生成在伤口愈合和组织修复等生理病理过程中起关键作用。内皮细胞（EC）能够响应缺血刺激启动血管生成，其中尖端细胞（tip cell）的形成是新毛细血管芽生的核心。近年研究发现，代谢重编程在血管生成中扮演重要角色，不仅提供能量和生物合成原料，还可通过直接调控转录因子或表观遗传重编程发挥非经典调控功能。含黄素单加氧酶2（FMO2）作为一种依赖NADP⁺和FAD的酶，既往研究显示其在心肌梗死（MI）后具有抗纤维化作用，但其在血管生成中的作用尚未明确。

结果

内皮FMO2促进血管发育和缺血性血管生成

通过单细胞转录组分析发现，FMO2在多种缺血条件（心肌梗死和下肢缺血模型）下均显著下调。基因敲除实验表明，内皮特异性FMO2缺失（FMO2^△EC）会导致MI后心功能恢复受损，梗死区和边缘区CD31⁺血管密度降低，血管成熟度下降。在下肢缺血（HLI）模型中，FMO2^△EC小鼠表现为血流灌注恢复延迟和血管生成受损。在发育阶段，FMO2缺失导致视网膜血管网络覆盖度和血管长度显著减少。

内皮特异性FMO2补偿增强血管生成

FMO2过表达 lentivirus（LV-FMO2）心肌内注射可显著增加MI后边缘区α-SMA⁺血管密度。通过内皮特异性AAV-FMO2病毒补偿，可挽救FMO2^△EC小鼠的缺血后血流灌注和血管生成能力。体外实验显示，FMO2过表达增强内皮细胞成管能力和尖端细胞转化潜能，而FMO2敲低则产生相反效应。

FMO2通过抑制NOTCH1促进血管出芽能力

单细胞转录组分析发现，FMO2缺失导致内皮细胞中出现高表达NOTCH1的stalk cell样亚群（EC6）。分子实验证实FMO2缺失上调NOTCH1和NICD表达，而NOTCH1抑制剂DAPT处理可挽救FMO2缺失引起的血管生成缺陷。这些结果表明FMO2通过抑制NOTCH1信号通路促进血管出芽。

FMO2通过N-乙酰鸟氨酸抑制NOTCH1

代谢组学分析发现，FMO2调控下差异最显著的代谢物是N-乙酰鸟氨酸。FMO2过表达增加N-乙酰鸟氨酸含量并降低鸟氨酸水平，而FMO2敲低则产生相反效应。机制研究表明，FMO2通过氧化修饰鸟氨酸转氨酶（OAT）的胱氨酸残基（C93、C150、C394）增强其酶活性，促进鸟氨酸向N-乙酰鸟氨酸转化。功能实验证实，N-乙酰鸟氨酸处理可促进血管生成并抑制NOTCH1表达。

N-乙酰鸟氨酸在缺血性疾病中发挥治疗作用

N-乙酰鸟氨酸体内给药可显著改善FMO2^△EC小鼠的缺血后血流灌注和血管生成，挽救心功能损伤并降低NOTCH1/NICD表达。安全性评估显示N-乙酰鸟氨酸处理对肝肾功能无影响，在缺血/再灌注模型中也显示心脏保护作用。

N-乙酰鸟氨酸通过激活ATF3抑制NOTCH1

转录因子筛选发现ATF3是受FMO2和N-乙酰鸟氨酸调控的关键因子。染色质免疫沉淀和双荧光素酶报告基因实验证实ATF3直接结合NOTCH1启动子并抑制其转录活性。ATF3敲低可消除N-乙酰鸟氨酸或FMO2过表达引起的NOTCH1抑制和血管生成促进作用。

FMO2和N-乙酰鸟氨酸在人类缺血性疾病中的促血管生成作用

临床样本分析显示，动脉粥样斑块和PAD患者坏死肌肉组织中FMO2表达和N-乙酰鸟氨酸含量显著降低。STEMI和PAD患者血清中N-乙酰鸟氨酸水平也明显下降。体外实验证实，人FMO2过表达可增加人脐静脉内皮细胞（HUVECs）中N-乙酰鸟氨酸含量，促进血管生成并抑制NOTCH1信号，且该作用依赖于其酶活性。孟德尔随机化分析表明N-乙酰鸟氨酸对心肌梗死患者不良临床结局具有保护作用。

讨论

本研究揭示了FMO2通过代谢调控N-乙酰鸟氨酸合成，进而经ATF3-NOTCH1轴促进血管生成的新机制。该发现不仅拓展了对代谢物非经典功能的认识，也为缺血性疾病的治疗提供了新的靶点。FMO2和N-乙酰鸟氨酸可能成为缺血性疾病的潜在生物标志物和治疗靶点。

结论

研究证实FMO2是新的促血管生成调控因子，通过代谢重编程调控N-乙酰鸟氨酸合成，经ATF3-NOTCH1信号轴促进缺血条件下的血管生成。FMO2和N-乙酰鸟氨酸在人类缺血性疾病中表现出临床应用潜力，为未来治疗策略开发提供了新方向。

实验方法

研究使用内皮特异性FMO2敲除小鼠（FMO2^△EC）和全身性敲除小鼠（FMO2^?/?），建立心肌梗死和下肢缺血模型。通过单细胞转录组学、代谢组学、分子生物学和功能实验等多学科方法，全面阐明了FMO2-N-乙酰鸟氨酸-ATF3-NOTCH1轴在血管生成中的调控机制。临床样本分析采用UHPLC-MS/MS等技术验证了研究发现的临床相关性。