LONP1通过降解MPC1促进肺动脉平滑肌细胞糖酵解重编程在肺动脉高压中的作用机制研究

《Clinical Science》：LONP1 facilitates pulmonary artery smooth muscle cell glycolytic reprogramming by degrading MPC1 in pulmonary hypertension

针对肺动脉高压(PH)中糖酵解重编程的分子机制不明问题，东南大学团队开展LONP1-MPC1调控通路研究。发现LONP1通过降解线粒体丙酮酸载体1(MPC1)促进肺动脉平滑肌细胞(PASMCs)糖酵解重编程和异常增殖，AAV-shLONP1或蛋白酶抑制剂硼替佐米(BTZ)可逆转MCT诱导的PH表型，为PH治疗提供新靶点。

　　

论文解读
肺动脉高压(PH)是一种以肺血管重塑(PVR)和持续肺动脉压力升高为特征的致命性疾病，其核心病理改变是肺动脉平滑肌细胞(PASMCs)的异常增殖和迁移。尽管现有药物如内皮素受体拮抗剂能缓解症状，但患者5年生存率仍不足60%。近年研究发现，PASMCs表现出与肿瘤细胞相似的代谢特征——糖酵解增强而线粒体氧化磷酸化(OXPHOS)减弱，这种"瓦氏效应"如何被调控成为研究热点。

东南大学陶实验室团队在《Clinical Science》发表研究，首次揭示线粒体蛋白酶LONP1通过降解线粒体丙酮酸载体1(MPC1)驱动PASMCs糖酵解重编程的分子机制。研究者采用Su5416/低氧(SuHx)和野百合碱(MCT)诱导的两种PH动物模型，结合PDGF-BB刺激的原代PASMCs，通过AAV9介导的细胞特异性基因敲降、Seahorse能量代谢分析、免疫共沉淀等技术，发现LONP1-MPC1轴是PH代谢异常的关键开关。

主要技术方法
研究使用C57BL/6J小鼠和SD大鼠构建PH模型，通过qPCR、Western blot和免疫荧光验证LONP1表达；采用AAV9-SM22α-shLONP1实现PASMCs特异性基因敲降；利用透射电镜(TEM)观察线粒体形态；通过Seahorse XF96分析仪检测氧消耗率(OCR)和细胞外酸化率(ECAR)；运用GST pull-down和CO-IP验证LONP1与MPC1相互作用；采用CHX追踪实验测定MPC1半衰期。

研究结果
1. Up-regulated expression of LONP1 in PH
在SuHx小鼠和MCT大鼠PH模型中，肺组织LONP1 mRNA和蛋白表达显著上调，免疫荧光证实该现象特异性发生于α-SMA阳性的PASMCs。PDGF-BB以时间和浓度依赖性方式诱导PASMCs中LONP1表达，且LONP1与MitoTracker共定位证实其线粒体分布特征。

2. LONP1 knockdown prevents MCT-induced PH in rats
AAV-shLONP1处理使MCT大鼠右心室收缩压(RVSP)降低34.5%，Fulton指数下降28.6%。超声显示肺动脉加速时间(PAT/PET)比值和三维应变(TAPSE)显著改善，肺小动脉壁厚减少41.7%，Ki67/α-SMA双阳性细胞减少62.3%。

3. LONP1 promotes the proliferation and migration of PASMCs
siLONP1转染使PDGF-BB诱导的PCNA表达降低2.1倍，EdU阳性细胞减少57.8%，Transwell迁移细胞数下降63.4%。而Lenti-LONP1过表达则使PASMCs增殖和迁移能力增强1.8-2.3倍。

4. LONP1 promotes glycolytic reprogramming
TEM显示LONP1敲降挽救MCT导致的线粒体嵴断裂和空泡化。Seahorse检测证实siLONP1使PDGF-BB处理的PASMCs基础糖酵解值降低38.2%，而ATP产量恢复至对照组的82.4%。

5. MPC1 is a potential downstream target of LONP1
LONP1过表达使MPC1蛋白(非mRNA)水平下降73.5%，CHX实验显示MPC1半衰期从6小时缩短至2小时。分子对接揭示LONP1的AAA⁺结构域与MPC1的跨膜区存在高亲和力结合位点。

6. Therapeutic intervention
在已建立PH的大鼠中，BTZ(100μg/kg)治疗使生存期延长2.3倍，RVSP降低29.8%，肺血管肌化程度减轻44.5%。

结论与意义
该研究阐明LONP1-MPC1轴是PH代谢异常的核心调控机制：病理刺激上调LONP1表达→特异性降解MPC1→阻断丙酮酸线粒体转运→迫使糖酵解增强→促进PASMCs增殖迁移→导致PVR。创新性发现包括：(1)首次报道LONP1在PH中的时空表达特征；(2)揭示MPC1降解是糖酵解重编程的关键分子事件；(3)证实临床药物BTZ通过抑制LONP1蛋白酶活性发挥治疗作用。研究为开发靶向代谢重塑的PH治疗策略提供理论依据，AAV-shLONP1的显著疗效展示出转化医学潜力。未来需在条件性基因敲除动物和患者样本中进一步验证该通路的临床价值。