Circ Res | 空军军医大学韩骅/梁亮等发现血管退化中内皮细胞凋亡的调控新机制

在发育和病理组织中，由血管生成生成的新生血管网络需要进一步修剪/回归，以通过凋亡和迁移来删除无功能的内皮细胞(ECs)。血管修剪过程中EC细胞凋亡的机制尚不清楚。TMEM215(跨膜蛋白215)是一种位于内质网的跨膜蛋白。之前已经证明了ECs中TMEM215的敲低会导致细胞死亡，但其生理功能和机制尚不清楚。

2023年9月26日，空军军医大学韩骅、梁亮及深圳市人民医院郑奇军共同通讯在Circulation Research（IF=20）在线发表题为“TMEM215 Prevents Endothelial Cell Apoptosis in Vessel Regression by Blunting BIK-Regulated  ER-to-Mitochondrial Ca Influx”的研究论文，该研究表明TMEM215通过钝化BIL调节的内质网到线粒体Ca内流来阻止血管退化中的内皮细胞凋亡。TMEM215敲低在ECs中诱导凋亡细胞死亡。该研究发现伴侣BiP是TMEM215的结合伙伴，TMEM215与BiP形成复合物并促进BiP与BH (BCL-2同源)3-only促凋亡蛋白BIK (BCL-2相互作用杀手)的相互作用。TMEM215敲低以BIK依赖的方式触发细胞凋亡，并被BCL-2消除。值得注意的是，TMEM215敲低增加了线粒体相关内质网膜的数量和距离，增加了线粒体钙内流。通过阻断IP3R(肌醇1,4,5-三磷酸受体)或MCU(线粒体钙单转运体)抑制线粒体钙内流可消除TMEM215敲低诱导的细胞凋亡。生理性层流剪切应力通过下调EZH2诱导ECs中TMEM215的表达。

在EC特异性Tmem215基因敲除小鼠中，诱导的Tmem215缺失损害了视网膜血管的退化，其特征是血管密度降低，空基底膜套增加，EC细胞凋亡增加。此外，ECs特异性Tmem215消融可抑制肿瘤生长并破坏血管系统。然而，Tmem215消融在成年小鼠中减弱了肺转移，这与Vcam1表达降低一致。携带Tmem215 siRNA的纳米颗粒也能抑制肿瘤生长和脉络膜新生血管损伤。该研究表明，TMEM215是由血流源性剪切应力通过下调EZH2诱导的，可保护内皮细胞免受BIK触发的线粒体凋亡的影响，这种线粒体凋亡是由血管修剪过程中钙内流通过线粒体相关内质网膜介导的，从而为抗血管生成治疗提供了新的靶点。

外源性和内源性凋亡途径都与内皮细胞凋亡有关，并可能在血管退化中发挥重要作用研究表明，死亡受体介导的信号，例如TRAIL-DR5信号，参与EC细胞凋亡和血管修剪，而外源性死亡途径的主要介质caspase 8，也需要适当的出生后视网膜血管生成，尽管血管退化或坏死似乎不受影响。此外，一系列基因敲除实验表明，BCL-2家族蛋白介导的内在凋亡通路在不同环境下对EC凋亡和血管退化的调节起着关键作用。BCL-2家族包括3个亚类，≥1个BH (BCL-2同源)域。

只有BH3的促凋亡蛋白，包括BIM、BID、BAD、BIK (BCL-2相互作用杀手)、PUMA、NOXA和HRK，是固有凋亡信号的传感器，如DNA损伤和内质网(ER)应激，并通过激活包括BAX、BAK和BOK在内的凋亡效应器，以及通过失活结合和拮抗效应器的多结构域抗凋亡保护剂BCL-2、BCL-xL、MCL-1和BCLW来启动细胞凋亡。BAX/BAK激活导致它们在OMM(线粒体外膜)上寡聚化，形成线粒体外膜穿孔，导致细胞凋亡。然而，最近的研究表明，线粒体相关内质网膜(MAMs)是连接线粒体和内质网并在两种细胞器之间传递分子的特殊膜结构，在介导由BCL-2家族蛋白调控的凋亡信号传导中起着关键作用。

尽管MAMs调节许多内质网和线粒体相关的功能，如脂质代谢、线粒体动力学、自噬等，但线粒体钙稳态是由MAMs维持的，据估计，超过80%的线粒体钙是通过MAMs从内质网获得的。适当水平的ER-线粒体Ca2+通量通过IP3R(肌醇1,4,5-三磷酸受体)-Grp(葡萄糖调节蛋白) VDAC(电压依赖性阴离子通道)复合物维持线粒体三羧酸循环和ETC(电子传递链)功能，但线粒体Ca2+过载通过打开mPTP(线粒体通透性过渡孔)导致细胞凋亡。BCL-2和BCL-xL分别与IP3Rs和vdac相互作用，抑制它们的活性，从而减少线粒体Ca2+内流和凋亡。然而，BAK/BAX与BCL-2结合，促进IP3Rs介导的Ca2+释放，从而促进细胞凋亡几种仅BH3的促凋亡蛋白也可调节MAMs致敏凋亡。

BIK是BH3-only家族促凋亡蛋白的创始成员，位于内质膜上，通过激活BAK/ bax依赖性Ca2+通量和破坏BCL-2IP3R3相互作用来促进Ca2+释放，并可以增强MAMs，从而通过形成BIK- dapk1 - erk1 /2- BAK复合物增加线粒体Ca2+摄入量。其他内质网驻留蛋白，如BiP/GRP78、calnexin、TMX1和ERdj5，也与MAMs相互作用并在其中调节MAMs。其中，伴侣蛋白BiP/Grp78不仅能与IP3Rs结合，还能直接结合并抑制BIK的促凋亡功能。然而，MAMs介导的细胞凋亡在血管修剪中的作用和机制尚不清楚。

机理模式图（图源自Circulation Research ）

在许多环境信号中，血流衍生的剪切应力在不同条件下参与调节EC凋亡和血管退化。尽管生理上的高层流剪切应力(LSS >8 dyne/cm2)保护内皮细胞免于凋亡和功能障碍，但低LSS (<4.5 dyne/cm2)、受干扰的剪切应力和振荡剪切应力有利于炎症和凋亡，这与视网膜血管化过程中低血流区血管修剪增加一致。

该研究发现位于ER膜上的TMEM215可被LSS诱导并维持EC的存活。TMEM215与BiP和BIK形成复合物，从而通过MAMs减弱线粒体Ca2+内流抑制BIK介导的细胞凋亡。该研究还证明，基因消融或通过纳米颗粒递送的siRNA敲低ECs中的Tmem215可抑制肿瘤生长，这表明Tmem215可作为抗血管生成疗法的潜在靶点，用于治疗病理血管生成，如聚集性黄斑变性和癌症。

原文链接：

https://www.ahajournals.org/doi/abs/10.1161/CIRCRESAHA.123.322686

转自：“iNature”微信公众号

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