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血管内皮细胞睫状体稳态的破坏与动脉粥样硬化的发生有关。然而,其分子基础动脉粥样硬化过程中内皮纤毛的调控仍知之甚少。研究在雄性小鼠中提供证据表明,血管内皮细胞中脂滴的积累诱导纤毛丢失并导致动脉粥样硬化。血管内皮细胞中甘油三酯的积累不同程度地影响细胞质中游离脂肪酸种类的丰度,从而刺激脂滴形成和抑制蛋白质S-棕榈酰化。纤毛蛋白的s -棕榈酰化减少,包括ADP核糖化因子如GTPase 13B,导致纤毛的丢失。因此,这些发现揭示了脂滴在调节纤毛稳态中的作用,并为预防和治疗动脉粥样硬化提供了可行的干预策略。
在本研究中观察到喂食高脂肪饮食(HFD)的小鼠表现出脂滴形成增强、调解受损和VECs中SCD1表达升高。通过进一步分析脂滴和纤毛之间的相互作用,发现甘油三酯的积累与SCD1的升高一起作用,打破了VECs中饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸的平衡,导致棕榈酸(PA)的可用性降低,纤毛蛋白的S-棕榈酰化减少,包括ADP核糖基化因子如GTPase 13B (ARL13B),导致内皮纤毛稳态被破坏,并加剧动脉粥样硬化。此外,在小鼠模型中证明,通过SCD1抑制或补充棕榈油来恢复棕榈酰修饰可用性,可以大大减轻hfd诱导的动脉粥样硬化的进展。因此整个研究表明,膳食补充棕榈油可以作为预防和治疗动脉粥样硬化的有效方法。
动脉粥样硬化过程中VECs伴随脂滴积累和纤毛丢失
内皮原发纤毛消融已被证明会加剧小鼠动脉粥样硬化。为了研究动脉粥样硬化过程中VECs的调节动态,载脂蛋白E敲除(ApoEKO)小鼠喂食HFD诱导动脉粥样硬化。对主动脉弓内弯VECs纤毛信号和LD信号的分析显示,随着动脉粥样硬化的进展,VECs中LD积累可能导致内皮初级纤毛的破坏。
LD积累引发VECs纤毛丢失
研究试图确定VECs中脂滴的积累是否与睫状体稳态的破坏有关。免疫荧光显微镜显示,OA剂量依赖性地诱导HAECs中ld的积累和血清饥饿诱导的介导减少。总的来说,本文这些结果表明甘油三酯合成升高和LD积累有助于内皮初级纤毛的破坏。
棕榈酸可用性降低是ld相关纤毛损失的原因
脂滴已被证明在功能和物理上与其他几种细胞器相互作用,这些相互作用是紧密协调的,以执行不同的功能。在脂肪酸去饱和酶如SCD1的促进下,不饱和键可以被纳入脂肪酸的碳链中。多余的脂肪酸可以酯化成甘油三酯并储存在脂滴中。OA (C18:1)具有强大的甘油三酯合成促进能力,从而激活导致脂滴生物发生的途径,从而导致脂滴积累。脂滴的生物发生和降解与细胞脂肪酸代谢密切相关,它们对于缓冲有毒脂质的水平至关重要。些结果表明,脂滴积累通过将其隔离在甘油三酯中来降低胞质棕榈酸。此外,我们观察到,在所有处理过的细胞中,总游离脂肪酸的浓度基本保持稳定,这表明内皮细胞中总游离脂肪酸水平的稳定性存在稳态机制。总之,这些发现表明,内皮细胞中脂滴的积累优先促进棕榈酸酯化成甘油三酯。
为了确定纤毛是否对SA或PA水平的变化有反应,在SA或PA存在的情况下,在HAECs中诱导纤毛发生。免疫荧光显微镜显示,是PA而不是SA,能够恢复OA诱导的睫状缺损。为了进一步证实PA对纤毛稳态的影响,我们用脂肪酸合成酶(FASN)抑制剂C75处理HUVECs,抑制内源性PA的合成。免疫染色显示,FASN抑制导致纤毛减少,这可以通过外源性PA补充有效地挽救。这些发现有力地表明PA的可用性对于内皮化至关重要。
降低棕榈酸可用性降低纤毛蛋白S-棕榈酰化和稳定性
除了作为能量来源外,PA还可以通过硫酯键的形成介导蛋白质s -棕榈酰化,从而在翻译后水平调节许多蛋白质的功能。许多纤毛蛋白需要s -棕榈酰化修饰才能进行适当的运输和定位。为了确定蛋白质S-棕榈酰化是否参与ld相关的纤毛丢失,HUVECs使用棕榈酰化的化学抑制剂(2-溴铝酸酯;2-BP)和去棕榈酰化(Palmostatin B;PB)。免疫荧光成像显示,抑制s -棕榈酰化显著抑制纤毛化,而增强蛋白质s -棕榈酰化在很大程度上恢复了oa诱导的纤毛丢失。一致地,外源性PA补充显著地挽救了2-BP处理的HAECs的纤毛丢失和HUVECs。因此,这些结果表明,蛋白质s -棕榈酰化的减少是ld相关纤毛损失的原因。为了鉴定与ld相关纤毛丢失相关的蛋白质s -棕榈酰化底物,使用酰基生物素交换(ABE)结合质谱法(MS)分析了与OA培养或不培养的HUVECs中s -棕榈酰化的蛋白质。
KEGG通路分析和差异棕榈酰化蛋白的同源蛋白群(Cluster ofOrthologous Groups of proteins, COG)注释分析显示,OA处理上调了主要参与代谢途径的棕榈酰化蛋白,下调了各种细胞骨架蛋白的棕榈酰化。为了进一步探索oa诱导纤毛丢失的分子机制,从棕榈酰化蛋白列表中共鉴定出33个纤毛相关蛋白。其中,有18个蛋白可以定位到质膜上。鉴于棕榈酰蛋白组筛选可能产生假阳性结果,我们使用蛋白质特异性ABE试验验证了特定候选蛋白的s酰化,如:心泡周围物质1 (PCM1)、激酶家族成员3a (KIF3A)、中心体蛋白131 (CEP131)、小GTPase RAB8A和ADP核糖基化因子如GTPase 13B (ARL13B)。在培养的原代小鼠主动脉内皮细胞(maec)中结果表明,OA处理显著降低了ARL13B、RAB8A和CEP131的s -棕榈酰化水平,其中降低幅度最大的是ARL13B s -棕榈酰化。此外,补充PA有效地恢复了所有三种蛋白的S-棕榈酰化。
SCD1通过降低棕榈酸可用性破坏纤毛体内平衡
SCD1催化饱和脂肪酸(主要是PA和SA)去饱和转化为单不饱和脂肪酸。我们的qRT-PCR和Western blot分析显示,hfd喂养小鼠的VECs中,SCD1的转录和蛋白产生均显著上调。GC-MS分析证实,SCD1过表达降低了HUVECs中PA(16:0)和SA(18:0)水平,并增加了棕榈油酸(POA, 16:1)和OA(18:1)水平。结果表明,hfd诱导的VECs中SCD1升高可能通过降低胞质PA的可用性和破坏内皮细胞介导来促进动脉粥样硬化的进展。
SCD1抑制以内皮纤毛依赖的方式减弱动脉粥样硬化的进展
VECs中的SCD1活性降低了细胞内PA的可用性并破坏了调解,这可能有助于动脉粥样硬化的进展。为了确定SCD1和内皮纤毛在动脉粥样硬化中的作用,我们产生了Tek-Cre +/IFT88fl/fl/ApoEKO(IFT88ECKO;ApoEKO)小鼠,这些小鼠在高脂血症ApoEKO背景下携带内皮特异性缺失的纤束内转运88 (Ift88),这是一种编码纤毛发生和维持的重要成分的基因。基因敲除小鼠中IFT88的缺失在基因组和蛋白质水平上得到证实。此外,主动脉弓样本的Western blot分析显示,SCD1抑制剂A939572对小鼠没有刺激ER应激。研究表明,初级纤毛在激活内皮细胞自噬和防止衰老方面起至关重要的作用。此外,棕榈酸可以诱导huvecs内皮细胞自噬和衰老。然后,我们通过检测LC3脂化水平和衰老标志物p16的表达,研究了PA和OA对haec自噬和衰老的影响。因此,PA对血管内皮的影响可能因具体情况而异,因为暴露于PA可能通过各种机制对内皮功能产生消极和积极的影响。
PA富集的饮食可以保存VEC纤毛并缓解动脉粥样硬化的进展
PA可以通过脂肪新生合成或直接从膳食脂肪中获得。免疫染色显示,与nc喂养组相比,喂食低PA大豆油基HFD的小鼠明显增加了LD积累,并显著破坏了VECs的调解。相比之下,与喂食低PA大豆油HFD的小鼠相比,喂食高PA棕榈油HFD的小鼠表现出明显更少的ld和增强的内皮化。结果显示,在三种类型的HFD中,喂食高PA棕榈油基HFD的小鼠,整个主动脉和根部的动脉粥样硬化斑块负担明显较轻。此外,对整个主动脉的qRT-PCR分析显示,喂食高PA棕榈油基HFD的小鼠,几种炎症因子,包括IL6、IL1B、Sele和iNOS的转录水平显著降低。因此即使存在HFD,简单的膳食补充PA也可以有效地缓解动脉粥样硬化的进展。总的来说,我们的发现证明了一种可行的饮食干预策略在预防和治疗动脉粥样硬化方面的潜力。
Palmitoylation modification proteomic analysis
HUVECs treated with 200 μM OA or BSA for 12 h were washed three times with cold PBS and then collected (n = 1 for each group). Palmitoylation modification proteomic analysis was carried out at AIMSMASS Co., Ltd. (Shanghai, China). The preparation protocol isas follows: Cells were lysed, centrifuged at 4500 × g for 10min at4 °C, and the supernatant was collected. Chloroform-methanolprecipitation was performed on the protein sample, followed bycentrifugation and air drying of the precipitate. The precipitate wasthen resuspended in 4% SDS buffer and NEM, and incubated at37 °C. Free thiols were blocked with lysis buffer (LB) containing1mM NEM, 1mM PMSF, 1× PI, and 0.2% Triton X-100 at 4 °C overnight.Residual NEM was removed with three chloroform-methanol(CM) precipitations, with the precipitate being dissolved each time.Samples were treated with hydroxylamine (HA) for the experimentalgroup and buffer without HA for the control group. Thesamples were labeled with Biotin-HPDP buffer, followed by threeCM precipitations, and then diluted. Protein samples were bound tostreptavidin agarose beads, incubated, and washed with LB containingSDS and Triton X-100. The target protein was eluted, incubatedat 37 °C, centrifuged, and the supernatant was collected. Thesolution was thawed at 4 °C, centrifuged, and the supernatant wascollected for reductive alkylation. Trypsin was added at a 50:1 ratioof protein to enzyme and digested at 37 °C for over 16 h. Afterdesalting and purification, the sample was vacuum-concentratedand dried.
Samples were analyzed using liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) with an EASY-nLC 1000 ultraperformanceliquid chromatography (UPLC) system connected to anLTQ Velos mass spectrometer (Thermo Fisher Scientific). Twentymicroliters of peptide solution were separated on a 15 cm analyticalcolumn using a 140min LC gradient at a flow rate of 300 nL/min. Masss pectra were acquired in a data-dependent manner with auto matic switching between MS and MS/MS scans. Full scans were performed with a resolution of 60,000 at m/z 400. Up to 20 of the most intense peptide ions with a charge state of ≥2 were automatically selected for MS/MS fragmentation, either by collision-induced dissociation (CID)or electron transfer dissociation (ETD). Dynamic exclusion wasenabled with a repeat count of 1, an exclusion duration of 30 s, and arepeat duration of 30 s. The acquired MS data (10 RAW files) were searched against the Uniprot Human database (released on September11, 2012, containing 84,680 sequences) using MaxQuant (v1.3.0.5). The search parameters were as follows: trypsin/P as the protease; oxidation(M), acetylation (protein N-term), N-ethylmaleimide (NEM, C), and carbamidomethylation (C) as variable modifications; up to two missed
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