FGF12通过调控主动脉平滑肌细胞异常机械信号传导促进马凡综合征胸主动脉瘤形成

《EXPERIMENTAL AND MOLECULAR MEDICINE》：FGF12 induces aberrant mechanosignaling in aortic smooth muscle cells during thoracic aortic aneurysm formation in Marfan syndrome mice

本研究聚焦马凡综合征(MFS)胸主动脉瘤(TAA)的发病机制。研究人员发现，在MFS小鼠模型(Fbn1C1039G/+)和患者瘤样主动脉中，成纤维细胞生长因子12(FGF12)在主动脉平滑肌细胞(SMCs)中显著上调。机制研究表明，TGF-β/SMAD信号通路和周期性机械牵拉诱导FGF12表达，进而激活血管紧张素II(AngII)/AT1R信号通路，通过RhoA/ROCK途径导致SMCs应力纤维形成、粘着斑组装和细胞刚度增加，最终驱动TAA进展。体内实验证实，Fgf12单倍体不足可显著缓解TAA形成和动脉僵硬度。该研究揭示了FGF12是MFS中异常机械信号传导的关键调节因子，为TAA治疗提供了新的潜在靶点。

　　

胸主动脉瘤是马凡综合征患者面临的最致命并发症之一，其发生与FBN1基因突变导致的细胞外基质蛋白原纤维蛋白-1功能失常密切相关。长期以来，转化生长因子-β信号通路异常激活被认为是马凡综合征主动脉病变的核心机制，而临床常用的血管紧张素II受体阻滞剂(如氯沙坦)也主要通过抑制该通路发挥治疗作用。然而，近年来研究发现，主动脉平滑肌细胞的机械感知和机械信号传导异常可能在胸主动脉瘤的形成中扮演关键角色。马凡综合征患者的主动脉平滑肌细胞表现出明显的细胞骨架重构、粘着斑增多和细胞刚度增加，这些改变如何被触发，其上游分子调控机制是什么，仍是该领域亟待解决的科学问题。

为回答这些问题，研究人员在《实验与分子医学》上发表了一项创新性研究，首次将成纤维细胞生长因子12(FGF12)鉴定为马凡综合征胸主动脉瘤形成过程中主动脉平滑肌细胞异常机械信号传导的关键调控因子。研究发现，在Fbn1^C1039G/+马凡综合征小鼠模型和患者瘤样主动脉组织中，FGF12在主动脉中膜平滑肌细胞中显著高表达。机制上，TGF-β/SMAD信号通路和病理性的周期性机械牵拉均可诱导FGF12表达上调。

引人注目的是，FGF12过表达可激活血管紧张素II(AngII)/AT1受体(AT1R)信号通路，具体表现为血管紧张素原(AGT)、血管紧张素转换酶(ACE)和AT1R表达增加，培养液中AngII水平升高。进一步研究显示，FGF12通过AT1R/RhoA/Rho相关激酶(ROCK)通路，促进应力纤维形成、粘着斑组装和粘着斑激酶(FAK)磷酸化，并导致平滑肌细胞刚度显著增加。这些效应可被AT1R拮抗剂氯沙坦或ROCK抑制剂Y27632所逆转。

体内功能实验证实，Fgf12单倍体不足(Fgf12^+/-)可显著改善AngII/β-氨基丙腈(BAPN)诱导的小鼠胸主动脉瘤形成，降低动脉破裂相关死亡率。更重要的是，在Fbn1^C1039G/+马凡综合征小鼠中，Fgf12单倍体不足(Fgf12^+/-Fbn1^C1039G/+)可明显缓解胸主动脉瘤进展和动脉僵硬度，并减轻主动脉平滑肌细胞的异常机械信号传导。

本研究创新性地揭示了FGF12是连接TGF-β信号、机械应力与AngII/AT1R通路的关键分子，阐明了其在调控主动脉平滑肌细胞机械特性和促进胸主动脉瘤发展中的核心作用。这不仅深化了对马凡综合征主动脉病变机制的理解，也为开发针对FGF12的新型治疗策略提供了理论依据。

研究采用的关键技术方法包括：使用Fbn1^C1039G/+基因敲入小鼠作为马凡综合征模型，并构建Fgf12^+/-Fbn1^C1039G/+双杂合小鼠进行功能缺失研究；建立AngII灌注联合BAPN给药的胸主动脉瘤诱导模型；通过超声成像评估主动脉直径和脉搏波速度(PWV)以反映动脉僵硬度；采用免疫组织化学/免疫荧光染色分析蛋白表达和定位；利用蛋白质印迹法检测信号通路分子表达和磷酸化水平；通过原子力显微镜(AFM)纳米压痕技术定量测量细胞刚度；使用FlexCell细胞牵张系统模拟病理机械应力；通过荧光素酶报告基因实验分析启动子活性。人胸主动脉瘤组织样本来自符合修订版2010年根特诊断标准的马凡综合征患者。

FGF12在胸主动脉瘤样主动脉中高表达

研究发现，与野生型(WT)小鼠相比，16周龄Fbn1^C1039G/+小鼠胸主动脉中Fgf12 mRNA和蛋白水平均显著上调，且这种上调在4周龄时已出现。组织学分析显示，Fbn1^C1039G/+小鼠主动脉中膜弹性纤维严重断裂，而免疫组化染色表明FGF12主要表达于中膜平滑肌细胞。类似地，马凡综合征患者的胸主动脉瘤组织中也观察到FGF12表达显著增加。

FGF12受TGF-β信号和机械牵拉调控

在人类主动脉平滑肌细胞(HASMCs)中，TGF-β处理可显著上调FGF12表达，这一效应可被ALK5抑制剂SB431542所抑制。启动子报告基因实验证实，TGF-β通过SMAD结合元件(CAGACA)增强FGF12启动子活性。此外，病理水平的循环机械牵拉(20%伸长)也可诱导大鼠主动脉平滑肌细胞中FGF12表达上调，并伴随p38MAPK和ERK1/2磷酸化增强。

FGF12增强AngII/AT1R信号通路

腺病毒介导的FGF12过表达可上调HASMCs中AGT、ACE和AT1R的表达，增加培养液中AngII浓度，并增强ERK1/2和p38MAPK的磷酸化。这些效应可被FGF12短发夹RNA(shRNA) knockdown所逆转，且AT1R拮抗剂氯沙坦能显著抑制FGF12诱导的ERK1/2和p38MAPK磷酸化。

FGF12通过AT1R/RhoA/ROCK通路诱导异常机械信号传导和细胞刚度增加

FGF12过表达显著增加HASMCs中GTP结合型活性RhoA(RhoA-GTP)水平，促进肌球蛋白轻链(MLC)和cofilin磷酸化，增强应力纤维形成和心肌素相关转录因子-A(MRTF-A)核转位。同时，FGF12上调整合素α5、整合素β1和桩蛋白(paxillin)表达，增强SRC和FAK磷酸化，增加粘着斑数量。原子力显微镜检测表明，FGF12过表达显著增加HASMCs的杨氏模量(细胞刚度)，这些效应可被氯沙坦或Y27632抑制。

Fgf12单倍体不足改善AngII/BAPN诱导的小鼠胸主动脉瘤

在AngII/BAPN诱导的胸主动脉瘤模型中，Fgf12^+/-小鼠较野生型小鼠表现出更低的死亡率(17.6% vs 47.3%)和胸主动脉瘤发生率。超声成像显示Fgf12^+/-小鼠主动脉扩张程度显著减轻，组织学分析表明弹性纤维断裂和胶原沉积明显改善。分子水平上，Fgf12单倍体不足可抑制AT1R信号通路激活，减轻应力纤维形成和粘着斑组分表达。

Fgf12单倍体不足缓解Fbn1^C1039G/+小鼠胸主动脉瘤进展

在Fbn1^C1039G/+马凡综合征模型中，Fgf12^+/-Fbn1^C1039G/+双杂合小鼠较Fbn1^C1039G/+小鼠表现出更小的主动脉直径和更低的脉搏波速度(PWV)。组织学和分子分析显示，Fgf12单倍体不足可显著缓解弹性纤维降解、胶原沉积、AT1R信号通路激活以及主动脉平滑肌细胞的异常机械信号传导。

本研究系统阐明了FGF12作为马凡综合征胸主动脉瘤形成过程中异常机械信号传导关键调控因子的作用机制。FGF12受TGF-β信号和机械应力诱导表达，通过激活AngII/AT1R/RhoA/ROCK通路，促进主动脉平滑肌细胞应力纤维形成、粘着斑组装和细胞刚度增加，最终驱动胸主动脉瘤发展和动脉僵硬化。Fgf12单倍体不足可显著缓解胸主动脉瘤形成和进展，提示靶向FGF12可能成为马凡综合征胸主动脉瘤治疗的新策略。该研究不仅深化了对血管机械生物学在主动脉瘤中作用的理解，也为开发针对异常机械信号传导的疗法提供了新方向。