靶向USP21通过抑制血管平滑肌细胞表型转化抑制腹主动脉瘤进展

本研究针对腹主动脉瘤(AAA)这一致命性疾病缺乏有效治疗手段的现状，揭示了去泛素化酶USP21通过稳定ALDH2蛋白促进血管平滑肌细胞(VSMCs)表型转化的新机制。研究人员通过蛋白质组学筛选发现USP21在AAA组织中异常高表达，利用基因敲除和过表达模型证实USP21通过去泛素化ALDH2加剧AAA进展。重要的是，临床批准药物双硫仑(disulfiram)通过抑制USP21显著缓解小鼠AAA发展，为临床治疗提供了新策略。该成果发表于《Cell Reports Medicine》，为AAA靶向治疗开辟了新途径。

　　

腹主动脉瘤(Abdominal Aortic Aneurysm, AAA)被称为"沉默的杀手"，每年导致全球约17万人死亡。这种疾病在破裂前通常没有明显症状，而手术干预又存在高风险，因此亟需开发能抑制AAA进展的药物靶点。血管中膜层的退化是AAA的主要病理特征，其中血管平滑肌细胞(VSMCs)的表型转化——从收缩型转变为合成型，被认为是推动AAA发展的关键环节。然而，调控这一过程的分子机制尚未完全阐明。

在这项发表于《Cell Reports Medicine》的研究中，张慧丹、岳宏伟、孙艺军等研究人员通过蛋白质组学分析，发现去泛素化酶USP21在人和小鼠AAA组织中显著上调。为阐明USP21在AAA中的作用，研究团队构建了USP21全身敲除(USP21KO)和VSMC特异性敲除小鼠模型，采用血管紧张素II(Ang II)和猪胰弹性蛋白酶(PPE)两种方法诱导AAA。通过免疫共沉淀和质谱分析，鉴定出USP21的下游靶点。

研究采用的关键技术包括：蛋白质组学筛选差异表达蛋白；构建USP21基因敲除和过表达小鼠模型；Ang II和弹性蛋白酶诱导的AAA模型；免疫共沉淀结合质谱技术鉴定USP21相互作用蛋白；双硫仑药物干预实验；人类AAA组织样本分析等。

USP21在人和小鼠AAA组织中显著上调

蛋白质组学分析发现USP21在Ang II诱导的小鼠AAA组织中显著升高。Western blot和免疫组化证实USP21在人和小鼠AAA主动脉组织中表达增加，且主要定位于VSMCs。体外实验显示Ang II刺激显著增加人主动脉平滑肌细胞(HASMCs)中USP21表达。

USP21全身敲除减轻AAA发展

USP21KO小鼠在Ang II诱导后表现出：死亡率降低(从70%降至30%)、AAA发生率下降(从55%降至25%)、主动脉扩张减轻。组织学分析显示USP21KO小鼠主动脉壁厚度减少、弹性纤维断裂和胶原沉积减轻。弹性蛋白酶诱导的AAA模型也得到类似结果。

VSMC特异性USP21敲除改善Ang II诱导的AAA

VSMC特异性敲除USP21显著降低Ang II诱导的AAA发生率(从72%降至33%)和主动脉扩张程度。相反，USP21过表达加剧AAA发展，增加死亡率和主动脉病变。这些结果表明VSMC中USP21表达是AAA发展的关键因素。

USP21促进Ang II诱导的VSMC表型转化

USP21过表达降低收缩标志物SMMHC和SM22α，增加合成标志物OPN和MMP9。体外实验证实USP21调控VSMC表型转化，影响ECM降解和炎症反应。

鉴定ALDH2为USP21下游分子

免疫共沉淀和质谱分析将ALDH2鉴定为USP21相互作用蛋白。USP21通过其C端USP结构域(221-565)与ALDH2的N端(1-289)相互作用。分子对接和GST pull-down证实两者直接结合。

USP21通过去泛素化稳定ALDH2蛋白

USP21去除ALDH2上的K48连接泛素链，延长其半衰期。USP21活性位点Cys221突变削弱其去泛素化能力。ALDH2^E506K突变体与USP21结合减弱，蛋白稳定性降低。

ALDH2敲除减轻USP21过表达诱导的AAA

在ALDH2敲除小鼠中，USP21过表达对AAA的促进作用显著减弱，表明ALDH2是USP21发挥作用的关键介质。

双硫仑通过抑制USP21缓解AAA

临床药物双硫仑被证实可抑制USP21，在ALDH2^WT小鼠中显著减轻AAA，但在ALDH2^E506K小鼠中疗效降低，提示ALDH2基因型可能影响治疗效果。

这项研究首次揭示了USP21-ALDH2轴在AAA发展中的关键作用，提出了靶向USP21治疗AAA的新策略。特别值得注意的是，USP21调控的ALDH2是一种在东亚人群中高发的基因变异(ALDH2 rs671)，该发现为个性化治疗提供了理论依据。研究还发现临床用药双硫仑具有抑制USP21的潜力，为AAA药物研发提供了新方向。这些发现不仅深化了对AAA发病机制的理解，也为开发新型治疗方法奠定了重要基础。