Hypertension：陈丰原、卜军团队和李晓晖团队揭示Cathepsin L促进肺动脉高压的作用机制

肺动脉高压(PH)是一类严重的肺血管疾病，其特征在于肺动脉内皮细胞(PAEC)功能障碍和肺动脉平滑肌细胞(PASMC)、肺动脉外膜成纤维细胞的异常增殖，诱导进行性闭塞性肺血管重塑、肺动脉压升高和右心衰竭，最终导致死亡。BMPR2作为肺血管内皮异常表型和PH疾病进展的重要靶点，它的突变存在于70%的遗传性PH患者和20%的特发性PH患者中。此外，BMPR2表达降低也被认为是没有BMPR2基因突变的PH患者和PH动物模型的一个关键特征。细胞表面BMPR2的快速内吞和随后通过溶酶体途径降解是BMPR2下调的重要因素。使用氯喹和羟氯喹等药物抑制溶酶体对BMPR2的快速降解，可以恢复BMPR-II蛋白的细胞表面水平，预防肺动脉高压的发生和进展。然而，负责BMPR2降解的内源性降解酶以及其调控的具体分子机制仍然未知。

2024年10月15日，上海交通大学医学院附属新华医院陈丰原教授团队、附属仁济医院卜军教授团队和中南大学药学院李晓晖教授团队合作在Hypertension发表了题为“Cathepsin L promotes the development of pulmonary hypertension via BMPR2/caspase-3/GSDME axis-mediated pyroptosis”的研究论文，首次发现组织蛋白酶L通过降解PAECs中的BMPR2在内皮细胞焦亡及血管重塑中的作用及其潜在机制，揭示了Cathepsin L作为PH疾病进程的关键一环，为肺动脉高压的治疗提供了新的思路及靶点。

研究者首先通过ELISA筛选并鉴定了Cathepsin L在PH尤其是IPAH患者的血浆中显著增加，进一步qPCR和免疫组化证实Cathepsin L在IPAH患者和肺动脉高压动物模型肺血管内皮细胞的表达上调。同时，体外TNF-α刺激PAECs以时间和剂量依赖性的方式诱导Cathepsin L的表达。

为了确认Cathepsin L能否参与BMPR2的降解，作者首先通过敲低和过表达实验明确了Cathepsin L对BMPR2在蛋白层面而非RNA层面的调控作用。随后，采用共聚焦验证了Cathepsin L过表达的PAEC中BMPR2在胞质与Cathepsin L的共定位，并用co-IP验证了两者的相互作用，且该相互作用能被bafilomycin A1，一种溶酶体V-ATPase抑制剂所抑制，揭示BMPR2是Cathepsin L的降解靶标。

这种Cathepsin L介导的BMPR2降解对PAEC的功能有什么影响呢？作者团队先前研究证实了内皮细胞焦亡对PH发病的重要性，因此研究者通过敲低和过表达实验，系统评估了Cathepsin L在PAEC焦亡中的作用。通过检测caspase-3的活化以及其对GSDME N端的切割，结合LDH释放和细胞形态学观察，作者发现Cathepsin L通过BMPR2诱导了PAEC焦亡，而不是内皮细胞的凋亡或增殖。已知BMPR2能通过经典的p-Smad1/5/8信号途径和非经典信号途径如P38、PI3K等发挥作用。为了明确这一点，作者敲低Smad1后发现Cathepsin L降解BMPR2对细胞焦亡的影响至少部分是通过Smad1/5/8的磷酸化介导的。

最后，为了验证Cathepsin L在体内PH疾病进展中的作用，研究者对多种PH动物模型进行了体内干预。大鼠和小鼠气管内滴注Cathepsin L的敲降慢病毒后进行MCT和suHx造模，结果显示PH动物模型中的肺动脉重构和右心室收缩压升高。此外，体内抑制Cathepsin L能显著恢复PH动物肺组织中BMPR2的表达，抑制GSDME的切割和内皮细胞焦亡。

综上所述，该研究首次发现：(1) IPAH患者和实验性PH动物模型中Cathepsin L增加; (2) 组织蛋白酶L的体内干预通过恢复BMPR2表达和抑制焦亡来延缓PH的进展; (3) Cathepsin L促进BMPR2的溶酶体降解; (4) 增强的BMPR2信号传导逆转了Cathepsin L的促焦亡作用。Cathepsin L作为内皮细胞焦亡和BMPR2下调的潜在调节因子，为PAH的发病机制提供新的理论支撑，以及为临床干预PAH提供了新的药物靶点和研究方向。

上海交通大学医学院附属新华医院陈丰原教授、附属仁济医院卜军教授和中南大学药学院李晓晖教授为本文的共同通讯作者。

原文链接：

https://www.ahajournals.org/doi/abs/10.1161/HYPERTENSIONAHA.124.22903