血管内皮细胞衰老相关细胞外囊泡多组学分析揭示其在血管功能障碍中的作用机制

这篇研究通过多组学分析揭示了衰老血管内皮细胞（HCAECs）分泌的细胞外囊泡（EVs）在血管功能障碍中的关键作用。研究发现衰老内皮细胞来源的EVs（SEN-ECEVs）富含促炎性miRNA（如miR-181a-5p）和蛋白质（如补体因子C3/C5），这些分子通过调节PI3K/AKT/mTOR等信号通路，可能参与血脑屏障破坏和阿尔茨海默病（AD）等衰老相关疾病的发病过程。该研究为血管衰老机制提供了新的分子见解。

　　

血管内皮细胞衰老与血管功能障碍的多组学解析

引言
血管内皮功能障碍是阿尔茨海默病（AD）等衰老相关疾病的典型特征。虽然普遍认为内皮细胞功能障碍参与AD的发病过程，但其具体机制尚不清楚。本研究提出假说：衰老血管内皮细胞通过细胞外囊泡（EVs）的细胞间运输促进血管内皮功能障碍。

材料与方法
研究使用来自4名供体的人冠状动脉内皮细胞（HCAECs），比较早期传代非衰老（EP）与晚期传代衰老（SEN）细胞的EVs蛋白质和miRNA表达。通过FunRich基因本体分析评估EV分离物的蛋白质组学和miRNA文库，比较EP与SEN内皮细胞EVs（ECEVs）的功能富集。

主要发现

1. 复制性衰老与EV含量改变相关
   衰老显著改变了EV的丰度和内容物，而不影响EV大小。SEN-ECEVs中差异表达独特的miRNAs和蛋白质，这些分子与细胞粘附、屏障完整性、受体信号传导、内皮-间质转化和细胞衰老等过程相关。其中miR-181a-5p是SEN-ECEVs中上调最显著的miRNA，增加超过5倍。

2. 蛋白质组学揭示促炎特征
   SEN-ECEVs蛋白质组显示其参与多个促炎通路，与衰老和衰老相关分泌表型（SASP）一致。研究发现423种蛋白质在SEN-ECEVs中增加，240种减少。显著增加的蛋白质包括补体因子C3、C4A和C5，以及胸腺素β10和纤溶酶原激活物抑制剂1（PAI-1）。

3. miRNA谱改变影响血管稳态
   miRNA测序显示25个miRNAs在SEN-ECEVs中显著富集，21个减少。最显著的变化是miR-181a-5p的上调。基因本体分析显示，这些miRNAs的靶基因主要参与粘着斑形成、β1整合素信号、鞘氨醇1磷酸（S1P）信号和VEGF-VEGFR信号网络。

机制探讨

1. EV作为SASP组分的作用
   研究支持EVs是SASP的重要组成部分。SEN-ECEVs中IL-6和补体蛋白等经典促炎蛋白的增加，可能通过旁分泌方式传播衰老表型。特别是IL-6/IL-6R和补体通路成分的增多，与炎症和衰老状态一致。

2. 细胞连接与屏障功能
   SEN-ECEVs蛋白质的基因本体变化主要涉及细胞粘附和细胞表面相互作用，特别是整合素和细胞粘附分子（如PECAM和N1CAM）。这些变化反映了EV可能参与免疫细胞迁移和紧密连接重塑的病理过程。

3. 信号通路调控
   SEN-ECEVs中差异表达的许多蛋白质涉及PI3K/AKT/mTOR信号级联，特别是mTORC1信号。这些成分可以影响EV受体细胞的命运决定，参与衰老诱导过程。同时，miRNAs的变化也影响了SMAD和其他TGFβ信号级联组分。

临床意义
该研究首次比较了来自衰老和非衰老HCAECs的EVs的多组学特征，为识别与衰老相关血管功能障碍相关的机制性生物标志物提供了基础。特别值得注意的是：

1. miR-181a-5p的上调可能通过损害内皮屏障完整性和负向调节突触可塑性，参与神经血管单元的破坏。
2. 补体蛋白C3和C5的增加可能促进大脑和外周的血管炎症。
3. 粘着斑和VEGF信号相关基因的富集可能加剧脆弱组织（如冠状动脉和脑微血管）的炎症和衰老。

局限性与展望
研究存在一些局限性：

1. 供体数量较少（n=4）且为体外单细胞类型模型
2. 复制性衰老模型不能完全模拟氧化应激、基因毒性和致癌应激诱导的衰老表型
3. EV分离物中可能含有血清来源蛋白的干扰

未来研究需要：

1. 在人类体液中验证这些发现
2. 开展机制研究验证单个miRNAs和蛋白质在血管病变中的充分必要性
3. 开发更精确的EV纯化策略

结论
这项研究提供了人类冠状动脉内皮细胞衰老过程中可溶性和EV相关蛋白质变化的细胞特异性模型。衰老表型的诱导显著改变了EV分离物的蛋白质和miRNA特征。这些变化为理解EVs在血管病变中的机制作用提供了新见解，可能参与冠状动脉疾病和痴呆等血管病理疾病的早期进展过程。该发现不仅有助于开发早期诊断的生物标志物，也可能为干预疾病进展提供新的治疗靶点。