Apoe-/-Mpst-/-小鼠中MPST缺失矛盾性改善血脂异常并减轻动脉粥样硬化

《Nitric Oxide》：Paradoxical attenuation of dyslipidemia and atherosclerosis in Apoe-/- Mpst-/- mice

　　

构建Apoe^-/-Mpst^-/-小鼠品系，可作为研究3-巯基丙酮酸硫转移酶（MPST）对动脉粥样硬化影响的模型；MPST缺陷降低西方饮食（western diet）喂养的Apoe^-/-小鼠循环低密度脂蛋白（LDL）和甘油三酯水平，并减少主动脉动脉粥样硬化病变；MPST全身敲除降低血脂异常Apoe^-/-小鼠肝脏载脂蛋白B（ApoB）表达。

研究背景：血脂异常是心血管疾病的重要危险因素，表现为胆固醇和/或甘油三酯升高，以及低密度脂蛋白（LDL）与高密度脂蛋白（HDL）循环水平比例异常。脂质代谢紊乱与动脉粥样硬化发生密切相关，后者为多因素、炎症性、渐进性血管疾病，与心肌梗死、心力衰竭和卒中相关。现有治疗以降脂药为主，可延缓进展、促进稳定和/或触发斑块消退，但仍存在局限性，包括对部分患者（遗传性血脂异常）疗效降低、对炎症等动脉粥样硬化相关过程缺乏疗效、明显不良反应、患者依从性问题，以及不能完全逆转或预防斑块进展。H₂S是内源性信号分子，被认为对动脉粥样硬化形成具有保护作用；动脉粥样硬化动物模型中血H₂S水平降低，使用H₂S供体恢复H₂S水平可改善Apoe^-/-小鼠西方饮食诱导的动脉粥样硬化损伤。哺乳动物细胞H₂S产生主要依赖胱硫醚γ-裂解酶（CSE）、胱硫醚β-合酶（CBS）和3-巯基丙酮酸硫转移酶（MPST）。CSE研究较多并显示抗动脉粥样硬化保护作用；MPST是动脉粥样硬化背景下研究最少的H₂S产生酶，已知具有抗氧化作用并调节代谢稳态和线粒体功能，近期研究显示其对肥胖和代谢综合征等心血管疾病危险因素具有保护作用。基于此，研究人员拟在血脂异常和动脉粥样硬化小鼠模型中研究MPST的作用，并构建Apoe与Mpst双基因完全敲除的Apoe^-/-Mpst^-/-小鼠。研究意外观察到，MPST缺失改善Apoe缺陷小鼠循环血脂谱并减轻动脉粥样硬化斑块形成。该研究提示MPST在遗传性血脂异常背景下具有与CSE不同的作用，为H₂S产生酶在血管和肝脏代谢稳态中的差异提供了证据。

方法概述：研究人员将Apoe^-/-与Mpst^-/-小鼠杂交并经聚合酶链反应（PCR）鉴定，建立Apoe^-/-Mpst^-/-双基因敲除品系，以C57Bl/6J为对照；8周龄雄性小鼠给予西方饮食14周并记录摄食。检测包括血清总胆固醇、LDL、HDL和甘油三酯生化分析，葡萄糖耐量试验，尾套法血压，主动脉en face Sudan IV染色与主动脉根Oil Red O染色，肝脏Oil Red O染色，Western blot、qPCR及铅醋酸盐法测肝H₂S产生。动物实验在雅典生物医学研究基金会（BRFAA）实验动物单元完成，经雅典省兽医服务批准；无人类样本队列。

研究结果：3.1 Mpst缺失在ApoE缺陷背景下引起对西方饮食的 distinct 代谢反应。研究人员建立双敲小鼠后，通过Western blot发现肝脏CBS和CSE表达未改变，铅醋酸盐法显示双敲小鼠肝脏硫化物产生显著降低，TST表达升高。14周西方饮食期间，Apoe^-/-与Apoe^-/-Mpst^-/-体重增加相当，Mpst^-/-较野生型增重显著增加；Mpst^-/-出现更明显葡萄糖不耐受和空腹血糖升高，而双敲小鼠未见这些效应；各组收缩压和舒张压无变化，摄食量仅野生型略低，其余组间无差异。结论为MPST缺失在ApoE缺陷背景下产生不同代谢反应。3.2 MPST缺失改善ApoE缺乏相关高脂血症。通过血清生化分析发现，双敲小鼠总胆固醇和LDL显著低于Apoe^-/-小鼠，HDL各组无显著差异，甘油三酯在双敲组显著降低；Mpst^-/-相对野生型总胆固醇、LDL、HDL无显著变化。血清ApoB蛋白Western blot趋势与LDL一致，Apoe^-/-升高而双敲降低。结论为MPST缺失改善ApoE缺乏相关循环血脂异常。3.3 Apoe^-/-Mpst^-/-小鼠肝脏ApoB表达降低而脂质生物合成与积累无变化。通过肝脏Western blot发现双敲小鼠ApoB显著低于Apoe^-/-，而胆固醇合成相关HMGCR、MVK、NSDHL及脂肪酸合成相关SREBP1、ACLY、ACC、FASN表达未显著改变；qPCR显示ApoB mRNA组间无变化；肝脏Oil Red O染色显示脂滴积累在各基因型间相同。结论为肝脏ApoB降低是MPST缺失诱导的特异性效应，可能发生在翻译后水平，并与血清血脂改善相关，且不伴肝脏脂质积累。3.4 Mpst缺失限制Apoe^-/-小鼠斑块发展。通过主动脉en face Sudan IV染色显示双敲小鼠动脉粥样硬化病变面积较Apoe^-/-显著减少；主动脉根Oil Red O染色显示双敲小鼠斑块面积有限。主动脉qPCR显示双敲小鼠Il1β mRNA显著低于Apoe^-/-，而Tnfa、Icam1、Vcam1无显著变化。结论为MPST缺失减少Apoe^-/-小鼠动脉粥样硬化斑块形成并降低IL-1β表达。

讨论总结：研究人员指出，既往显示MPST缺失在HFD诱导肥胖中引起脂肪组织肥大和线粒体功能障碍；本研究中Mpst^-/-在西方饮食下肥胖加重，但在Apoe缺失背景下该增重反应被逆转，摄食相似提示非能量摄入降低所致，可能与ApoE缺失影响脂质代谢和储存及能量稳态有关，ApoE缺失掩盖MPST的致肥胖影响。MPST缺失降低Apoe^-/-小鼠血清总胆固醇、LDL和甘油三酯；与CSE/CBS缺乏导致胆固醇升高或LDL清除受损不同，MPST的作用可能与其产生的硫化物种类及亚细胞分布不同有关。MPST缺失不改变CSE表达且肝H₂S产生受损，提示其有益效应通过不同于CSE的机制。TST在双敲肝脏过表达，可能通过改变H₂S降解参与表型。ApoB降低未伴胆固醇和脂肪酸合成酶改变，且ApoB mRNA不变，可能归因于翻译后机制，如内质网转运影响ApoB折叠和分泌或分子伴侣介导的ApoB降解。双敲未加重肝脏脂质储存，部分ApoB抑制不一定导致脂滴积累。斑块减少与LDL降低一致，主动脉IL-1β降低；MPST缺陷背景下炎症、氧化应激、重塑及内皮细胞、血管平滑肌细胞和免疫细胞贡献需进一步阐明。CSE缺失加重动脉粥样硬化，而MPST缺失似乎减轻病变，突出二者在Apoe^-/-模型中的不同作用。MPST功能可能随疾病模型和代谢背景变化，在遗传性血脂异常与肥胖诱导胰岛素抵抗和高血压中作用相反；双敲表型似乎主要由肝脏脂蛋白代谢改变驱动，组织特异性MPST敲除模型尚未用于解决不同细胞类型中的作用。

研究结论翻译：综上，研究人员证明了MPST酶在血脂异常中的新作用。Mpst敲除改善西方饮食喂养的Apoe^-/-小鼠的血脂谱并降低肝脏ApoB表达。与对动脉粥样硬化发挥保护作用的CSE相反，MPST缺陷似乎减少动脉粥样硬化病变，至少在该Apoe^-/-小鼠模型中如此。因此，结果突出H₂S产生酶在维持血管和肝脏代谢稳态中的不同作用。然而，MPST诱导的组织特异性机制及ApoB降低的分子基础仍需进一步研究。总之，鉴于Apoe^-/-小鼠模型的局限性及其对MPST敲除肥胖结果的明显影响，需要更多血脂异常临床前模型来界定靶向MPST在脂质紊乱中的转化相关性和治疗潜力。