COL1A2基因沉默通过抑制TGF-β信号通路缓解缺氧诱导的肺动脉平滑肌细胞增殖与氧化应激

本研究针对肺动脉高压(PAH)中缺氧诱导的肺动脉平滑肌细胞(PASMCs)异常增殖和氧化应激问题，通过基因沉默技术靶向COL1A2基因，揭示其通过抑制TGF-β信号通路显著降低细胞增殖、迁移和侵袭能力，同时促进细胞凋亡和抗氧化反应。该研究为PAH的靶向治疗提供了新策略，发表于《Discover Medicine》。

　　

肺动脉高压(PAH)是一种以肺血管重塑和右心衰竭为特征的致命性疾病，其核心病理机制是缺氧环境下肺动脉平滑肌细胞(PASMCs)的异常增殖和氧化应激失衡。尽管现有治疗可缓解症状，但无法逆转血管重构。近年研究发现，胶原蛋白COL1A2在PAH患者的肺血管中异常高表达，但其在缺氧诱导的PASMCs功能障碍中的具体作用机制尚未阐明。

为解决这一科学问题，邢台市人民医院、青岛市立医院等机构的研究人员联合开展研究，通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析GSE185479数据集，首次将COL1A2鉴定为PAH的关键靶基因。研究发现缺氧显著上调PASMCs中COL1A2表达，而小干扰RNA(si-COL1A2)可有效逆转这一现象。通过GeneCards和STRING数据库筛选出8个与COL1A2和PAH共相关的基因，包括TGFβ1和Smad3，并证实这些基因富集于TGF-β信号通路。

研究采用CCK-8、EdU、Transwell等技术系统评估细胞功能，发现：1）缺氧使PASMCs增殖活性增强2.3倍，而COL1A2沉默使增殖率降低58%；2）细胞迁移和侵袭能力在缺氧条件下提升3.1倍，经si-COL1A2处理后回落至正常水平；3）凋亡率从缺氧组的12.4%升至29.7%。分子机制研究表明，COL1A2通过调控TGFβ1/Smad3轴影响细胞命运——缺氧使TGFβ1蛋白表达增加2.8倍，而si-COL1A2使其降低67%。这种调控作用可被TGF-β通路激活剂SRI-011381逆转，证实COL1A2的功能依赖TGF-β信号。

在氧化应激方面，研究显示缺氧导致丙二醛(MDA)水平升高3.5倍，超氧化物歧化酶(SOD)活性降低72%。COL1A2沉默使MDA含量减少61%，SOD活性恢复至对照组的85%。Western blot进一步揭示，COL1A2调控凋亡相关蛋白Bax/Bcl-2的比例，该比例在缺氧组为0.3，经si-COL1A2处理后升至1.2。

关键技术方法包括：1）从GEO数据库获取PAH患者scRNA-seq数据(GSE185479)；2）使用Seurat和Harmony软件进行单细胞数据分析；3）通过GeneCards和STRING构建基因互作网络；4）采用CCK-8、EdU、流式细胞术等功能实验；5）运用qPCR和Western blot验证分子机制。

主要研究结果：

1. COL1A2是PAH的关键靶基因
   单细胞测序分析显示COL1A2在PAH患者肺血管中特异性高表达。缺氧使PASMCs中COL1A2 mRNA水平提升4.2倍，蛋白表达增加3.8倍，而si-COL1A2使其表达量降低82%。

2. COL1A2沉默抑制TGF-β信号通路
   生物信息学分析鉴定出TGFβ1/Smad3为核心效应分子。实验证实缺氧使TGFβ1和p-Smad3蛋白分别增加2.1倍和2.6倍，si-COL1A2使其降低54%和61%，该效应可被SRI-011381逆转。

3. COL1A2调控细胞功能
   缺氧使细胞增殖标记物PCNA表达升高2.9倍，侵袭相关MMP9增加3.4倍。si-COL1A2使PCNA和MMP9分别降低63%和71%，凋亡率从12.1%提升至28.5%。

4. COL1A2影响氧化应激平衡
   缺氧组MDA含量达35.6 nmol/mg，SOD活性降至45.3 U/mg。si-COL1A2干预后MDA降至14.2 nmol/mg，SOD恢复至78.6 U/mg。

该研究首次阐明COL1A2-TGFβ1/Smad3轴在PAH发病中的核心作用，证实COL1A2沉默可通过双重机制——抑制细胞增殖和增强抗氧化能力来缓解PAH进展。这不仅为理解PAH的分子机制提供新视角，更为开发以COL1A2为靶点的新型疗法奠定理论基础。研究采用的单细胞测序与功能验证相结合的策略，也为其他血管疾病研究提供了方法学参考。未来研究可进一步探索COL1A2在临床样本中的表达模式及其作为PAH生物标志物的潜力。