5月22日，東南大學附屬中大醫院心血管內科劉乃豐教授團隊在Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology （ATVB） （Q1，IF：7.4）在線發表了題為“PARylation of POLG Mediated by PARP1 Accelerates Ferroptosis-Induced Vascular Calcification via Activating Adora2a/Rap1 Signaling”的研究論文，發現PARP1介導的POLG的PARylation修飾通過激活Adora2a-Rap1信號通路，加速鐵死亡誘導的血管鈣化。劉乃豐教授為該文通訊作者，中大醫院心血管內科博士生楊藝清為第一作者。

血管鈣化與心臟疾病、卒中、動脈粥樣硬化斑塊破裂的發生風險增加相關。然而其具體機制尚未完全明確，因此探索血管鈣化的發病機制具有重要價值。

鐵死亡是一種鐵依賴性脂質過氧化介導的程序性細胞死亡，其特征是線粒體結構異常，鐵超載和脂質過氧化物水平升高。但目前鐵死亡參與血管鈣化的具體機制仍未完全明確，因此團隊推測：鈣化刺激可誘導血管平滑肌細胞（VSMCs）鐵死亡，釋放促鈣化因子，加速VSMC鈣化。

聚（ADP-核糖）聚合酶1（PARP1，（poly(ADP-ribose) polymerase 1）定位于細胞核，可同時調控衰老、炎癥和死亡這三種鈣化VSMCs所具有的病理特征。ADP-核糖基化（PARylation）是一種可逆的蛋白翻譯后修飾形式。PARP1通過直接結合作用或PARylation增強子和啟動子，發揮轉錄共激活的作用，調節自身和其他基因的表達。PARP1介導的PARylation修飾在血管鈣化中的確切作用尚不清楚，有待進一步探索。

該研究發現PARP1在β-甘油磷酸誘導的VSMC鈣化中表達增加。構建PARP1穩定敲減的細胞系，結果表明，敲低PARP1，可減輕血管鈣化（圖1），抑制VSMCs鐵死亡，部分恢復線粒體功能。

圖1. 敲減PARP1可減輕β-GP誘導的VSMC鈣化

PARP1是PARylation過程中的關鍵催化酶。機制研究表明：在β-GP刺激下，PARP1從細胞核遷移到線粒體，在線粒體中與POLG相互作用并催化POLG的PARylation。敲減PARP1可能通過抑制POLG的PARylation來改善線粒體功能，從而增加POLG蛋白的表達水平。進一步發現，POLG的下調受PARylation依賴的泛素化的影響。通過一系列的挽救實驗（rescue experiments）發現，PARP1對線粒體功能和血管鈣化的影響依賴于其對POLG的調控。

基于RNA-seq和生物信息學分析，過表達POLG抑制Adora2a/Rap1信號通路。在過表達POLG的VSMCs中，上調Adora2a表達水平，可加重鐵死亡；而使用Rap1抑制劑ESI-09可部分逆轉這一現象（圖2）。

圖2. POLG通過抑制Adora2a/Rap1信號通路減輕VSMC鐵死亡

該研究團隊使用PARP1血管平滑肌細胞條件性敲除小鼠（PARP1flox/flox Tagln Cre +）構建了兩種在體的血管鈣化模型，并使用AAV9敲低POLG來研究體內PARP1和POLG的調控關系。第一種是維生素D3誘導的小鼠血管鈣化模型。與對照組相比，PARP1flox/flox Tagln Cre +小鼠血管鈣化程度減輕。然而，在PARP1flox/flox Tagln Cre +小鼠中敲減POLG則會顯著抑制線粒體功能、增加鐵死亡、進一步加重鈣化（圖3）。此外，該研究通過腺嘌呤飲食誘導慢性腎臟病（CKD）小鼠血管鈣化模型中，再次驗證了上述結果。

圖3：在β-GP刺激下，PARP1從細胞核遷移到線粒體，并在線粒體中與POLG相互作用并催化POLG PARylation。這觸發了POLG PARylation依賴性泛素化，導致POLG表達下調，破壞線粒體功能，激活Adora2a/Rap1信號通路誘導VSMC鐵死亡，最終加重血管鈣化。

劉乃豐教授團隊長期從事代謝性心血管病和糖尿病血管并發癥等方面的基礎與臨床研究，在該領域研究中有一定積累，發表了系列研究論文。該團隊近年來在線粒體微環境層面，以線粒體穩態在血管鈣化中的作用機制為主線，圍繞線粒體膜蛋白FUNDC1、糖代謝關鍵酶丙酮酸脫氫酶激酶4 (PDK4)、線粒體DNA損傷（mitochondrial DNA stress），線粒體ROS，線粒體自噬等熱點，探索其對血管鈣化的作用及機制。編輯王倩 校對劉敏 編審程守勤

https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/ATVBAHA.124.321682

ATVB在心血管病學期刊中屬于細分領域的權威期刊，在外周血管病、血栓形成等方向的學術影響力突出。快速審稿、低自引率、嚴格的稿件篩選機制以及AHA（美國心臟協會）的學術背書，使其成為血管生物學領域高質量研究的優選平臺。對于專注于血管疾病機制或轉化醫學的研究者，ATVB的學術價值可與部分高IF綜合期刊相媲美。