Circulation：中国医学科学院王辰院士、王婧教授团队与杜文静教授团队合作发现苹果酸酶ME1可作为肺动脉高压治疗新靶点

肺动脉高压(Pulmonary hypertension, PH)是指多种因素共同作用导致肺血管结构和/或功能改变，引起肺动脉压力显著增高的肺血管疾病。我国PH患者人数不容小觑，探索PH治疗新策略、新靶点刻不容缓。近年来，随着代谢组学技术的不断发展，发现PH中代谢改变除了异常的糖酵解，还涉及脂质、氨基酸、一碳代谢等多条代谢通路。然而，当前PH的靶向代谢治疗，仍主要基于某一代谢通路中的关键酶，但肺血管重塑的改善效果以及治疗靶点的临床转化并不理想。鉴于PH代谢改变的复杂多样，靶向多条代谢途径的枢纽—三羧酸循环(TCA)的关键酶，或许是逆转PH肺血管重塑的突破口。

2024年2月5日，中国医学科学院基础医学研究所王辰院士、王婧教授团队与杜文静教授团队合作在Circulation杂志上发表了题为“Inactivation of malic enzyme 1 in endothelial cells alleviates pulmonary hypertension”的研究论文。该研究首次关注到TCA循环关键酶—苹果酸酶1(ME1)在肺动脉高压发生发展中的作用，揭示了ME1在肺动脉高压进展中的新功能，并确定了ME1影响内皮细胞腺苷代谢导致PH的新机制。研究证实抑制ME1能够调节线粒体苹果酸-天冬氨酸-NADH的穿梭，可平衡氧化磷酸化途径和糖酵解途径，改善能量代谢，并以ATP依赖的方式促进内皮细胞腺苷的生成，最终达到改善内皮功能紊乱和抑制肺血管重塑的效果。

首先，研究人员发现在PH患者和多种PH动物模型肺组织中ME1蛋白水平和酶活性升高。有意思的是，ME1的mRNA水平在PH中并没有显著改变，进一步体外研究证实，在低氧条件下与ME1相互作用的泛素特异性蛋白水解酶19 (USP19)水平降低，因此减少了泛素化介导的ME1降解。

其次，研究人员通过免疫荧光染色明确ME1增加主要在PH患者及动物模型的肺血管内膜中，且ME1蛋白和酶活性仅在低氧内皮细胞中持续增加。因此，研究人员进一步使用内皮特异性ME1敲除小鼠，发现内皮ME1缺失可延缓低氧和SuHx诱导的肺血管重塑和PH疾病进展，表明内皮细胞ME1在PH疾病进展中发挥关键作用。

研究人员进一步利用PH小鼠肺组织进行代谢组学分析，发现ME1介导的差异表达代谢物主要富集在嘌呤代谢通路上(尤其是腺苷、cAMP、AMP和GMP)。相关性分析显示，腺苷水平与PH严重程度呈负相关，提示ME1可能通过负性调节腺苷代谢促进PH疾病进展。进一步体内外研究表明，抑制ME1可促进内皮细胞胞内外腺苷的生成。

研究人员通过利用腺苷脱氨酶(ADA)降解腺苷以及腺苷受体A_2AR拮抗剂(A_2AR Ant)抑制腺苷信号传导，证明抑制ME1能够通过促进内皮细胞腺苷生成导致内皮细胞中一氧化氮生成的增加和促炎因子IL1β、IL6和MCP1表达的减少，从而改善内皮功能紊乱。

研究人员发现抑制ME1后，内皮细胞ATP产生增加。进一步通过Seahorse实验，揭示了抑制ME1是通过调节线粒体苹果酸-天冬氨酸-NADH穿梭，从而平衡氧化磷酸化(OXPHOS)途径和糖酵解途径，以ATP依赖的方式促进内皮细胞腺苷的生成。

最后，研究人员利用ME1小分子抑制剂(ME1*)药理性抑制ME1，可在体内通过促进内皮腺苷的生成，增加一氧化氮的水平，同时降低促炎因子IL1β、IL6和MCP1的表达，从而改善内皮功能紊乱、肺血管重塑，抑制PH动物模型的疾病进展，即使在SuHx诱导的严重PH大鼠模型中，同样可观察到显著的疗效。

综上，研究首次发现内皮细胞中增加ME1促进PH疾病进展，抑制ME1可通过平衡能量代谢增加内皮细胞腺苷的生成，从而改善内皮功能紊乱和肺血管重塑。这一创新性研究成果首次揭示：(1)抑制内皮细胞ME1可能是通过促进保护性腺苷信号传导，从而改善肺血管重塑；(2) ME1可能是PH临床治疗的新靶点；(3) ME1小分子抑制剂可有效抑制PH疾病进展。

中国医学科学院基础医学研究所王婧教授、杜文静教授、邢岩江副研究员为该文共同通讯作者，中国医学科学院基础医学研究所罗娅博士、齐先梅博士、张振西博士为该文的共同第一作者。该工作得到了美国罗切斯特大学心血管研究所严琛教授和中日友好医院肺移植科陈文慧主任等专家的悉心指导。该工作得到北京市自然科学基金、北京协和医学院“中央高校基本科研业务费”、中国医学科学院医学与健康科技创新工程、细胞生态海河实验室创新基金、科技部重点研发计划项目、国家自然科学基金、CAMS基础研究基金等项目的资助。

原文链接：

https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCULATIONAHA.123.067579