STK39在烟雾病低氧条件下与内皮功能障碍及炎症激活的关联研究

《Frontiers in Human Neuroscience》：STK39 is associated with endothelial dysfunction and inflammatory activation under hypoxic conditions in moyamoya disease

　　

目的：烟雾病（MMD）是一种脑血管疾病，其机制相对不清，可导致血管闭塞和增生。本研究旨在探索MMD中与乙酰化相关基因表达相关的分子异质性，并识别可能参与血管内皮功能障碍的候选基因。

方法：研究人员利用预定义的乙酰化调控基因集分析公共MMD转录组数据集，以识别表达簇并优先筛选与簇相关的候选基因。通过功能富集、免疫浸润和预测的miRNA–mRNA网络分析来表征候选基因相关的分子特征。在一项包含3例MMD患者和3例健康对照的初步研究中，采用酶联免疫吸附试验（ELISA）评估血清STK39和MTMR12浓度。在常氧和低氧条件下，研究人员使用siRNA介导的敲低在人脑微血管内皮细胞（HBMECs）中进一步研究STK39，并加入曲古抑菌素A（TSA）处理作为探索性药理学干预。

结果：采用共识聚类将MMD分为两个亚型，并鉴定出5个关键亚型相关基因：STK39、NEO1、PKNOX1、GOLT1B和MTMR12。在验证队列中，MMD患者血清STK39和MTMR12水平显著降低。体外实验中，低氧条件下STK39敲低促进HBMEC迁移、抑制增殖，并增加HIF-1α、p-STAT3、cleaved Caspase-3、IL-6、CCL2和VCAM-1的表达，而TSA处理部分逆转了这些变化。

结论：乙酰化相关基因与MMD的分子异质性密切相关。其中，STK39似乎参与低氧相关的内皮功能障碍和炎症激活。这些发现为乙酰化相关通路在MMD发病机制中的作用提供了新见解，并为未来机制研究提供了潜在靶点。

烟雾病（moyamoya disease, MMD）是一种罕见慢性脑血管疾病，以颈内动脉末端闭塞和颅内异常血管网生成为特征，常导致反复卒中和认知障碍。目前其发病机制尚不清楚，有效诊治手段有限。尽管RNF213是MMD最明确的易感基因，但多组学研究显示MMD存在广泛的分子异质性，涉及转录、蛋白及表观遗传异常。乙酰化修饰作为重要翻译后修饰，在血管发育和炎症调控中具有关键作用，然而乙酰化相关基因在MMD中的表达模式尚未充分研究。因此，本研究旨在通过公共转录组数据探索MMD中乙酰化相关基因的表达异质性，筛选候选基因，并初步验证其与内皮功能障碍的关系。

研究人员整合GSE189993和GSE141024两个动脉壁转录组数据集，经ComBat批次校正和limma差异分析，结合73个乙酰化调控基因集，鉴定出19个乙酰化相关差异表达基因。基于共识聚类将MMD分为两个亚型，并与MMD-对照差异基因取交集，获得STK39、NEO1、PKNOX1、GOLT1B和MTMR12五个关键候选基因。随后通过ELISA检测发现MMD患者血清STK39和MTMR12水平低于健康对照。在HBMECs中敲低STK39并施加低氧处理，发现STK39敲低促进内皮细胞迁移、抑制增殖，并加重低氧诱导的HIF-1α、p-STAT3、cleaved Caspase-3及炎症因子升高，而TSA部分逆转这些变化。这些结果提示乙酰化相关基因与MMD分子异质性相关，STK39可能作为低氧相关内皮功能障碍的候选靶点，为MMD发病机制研究提供了新方向。

本研究主要技术方法包括：利用GEO公共数据集（GSE189993，含21例MMD和11例非MMD对照；GSE141024，含4例MMD和4例对照），通过共识聚类、limma差异分析、ssGSEA/GSVA/GSEA富集分析、CIBERSORT免疫浸润推断、miRcode数据库和Cytoscape构建miRNA–mRNA网络；ELISA检测血清蛋白；HBMECs中siRNA敲低，在常氧/低氧（1% O₂）和TSA干预下，采用EdU、划痕实验、RT-qPCR及Western blot评估细胞功能。

研究结果如下：

1. 乙酰化相关基因差异分析：共鉴定19个乙酰化相关差异表达基因，包括BAZ1B、BRD3和BRD7。

2. 乙酰化相关表达簇的识别：K=2时将MMD分为C1和C2两簇，获得472个簇间差异基因，与MMD-对照差异基因相交得到5个关键基因。

3. 候选基因表达特征与调控网络：预测获得82个miRNA和230对mRNA–miRNA关系；初步血清ELISA显示MMD患者的血清STK39（P=0.0140）和MTMR12（P=0.0055）水平较健康对照降低。

4. STK39敲低效率验证：筛选出siSTK39#2具有最佳敲低效率，用于后续实验。

5. STK39敲低促进迁移并抑制增殖，TSA部分逆转：划痕实验显示敲低STK39在常氧和低氧下均增加细胞迁移，低氧下更明显；EdU实验显示敲低STK39抑制增殖，低氧下进一步抑制；TSA处理减弱迁移增加并部分恢复增殖。

6. STK39敲低加重低氧诱导的内皮损伤，TSA部分逆转：Western blot显示STK39敲低升高低氧诱导的HIF-1α、p-STAT3和cleaved Caspase-3蛋白水平；RT-qPCR显示IL-6、CCL2和VCAM-1 mRNA水平升高；TSA处理降低这些指标并提高赖氨酸乙酰化水平。

7. 关键基因与免疫浸润关联：CIBERSORT显示两亚型免疫细胞组成存在差异，浆细胞、Tregs和单核细胞差异显著；PKNOX1和MTMR12与中性粒细胞及活化NK细胞正相关。

8. 关键基因通路富集：STK39富集于硫辛酸代谢、蛋白酶体、鞘脂信号、mTORC1信号、活性氧通路等；其他关键基因也富集于HIF-1、ErbB、IL6/JAK/STAT3等信号通路。

9. 关键基因转录调控及与MMD致病基因关系：RcisTarget预测获得高NES转录因子基序；MMD相关基因VWF、GLA、SBF2、VCP、NOS3和IL1B在两亚型间差异表达；MTMR12与SBF2正相关（r=0.882），STK39与VCP负相关（r=-0.833），与RNF213无显著相关。

讨论部分指出，乙酰化相关基因在血管疾病中具有重要作用，MMD中其异常表达可能参与血管病理性增生。STK39作为WNK激酶下游分子，与血压调节和血管炎症有关；其余候选基因也有支持其在MMD中发挥作用的间接证据。免疫浸润分析提示单核/巨噬细胞和NK细胞可能参与MMD血管炎症。但研究存在局限：样本量小、对照异质，候选基因未在全转录组主分析中达到FDR阈值；C1/C2基于乙酰化相关基因表达而非直接乙酰化测量，不能代表确定的乙酰化状态；体外低氧模型为急性简化环境，无法完全模拟MMD的慢性血流动力学及细胞间相互作用。结论翻译：本研究鉴定了可能反映MMD分子异质性的乙酰化相关基因表达模式，并将STK39列为与血管功能障碍相关的候选基因；功能实验表明STK39可能影响内皮细胞对低氧应激的反应，但未确立STK39受乙酰化依赖性调控，二者关系需进一步机制研究。