《Bioactive Materials》：Apolipoprotein E knockout attenuates vascular graft fibrosis by reducing profibrotic macrophage formation through low-density lipoprotein receptor related protein 1
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本研究针对小口径血管移植物植入后易发生纤维化导致血管僵硬的临床难题，揭示了载脂蛋白E(APOE)在血管再生过程中的关键作用。研究人员通过单细胞测序发现APOE通过低密度脂蛋白受体相关蛋白1(LRP1)促进促纤维化巨噬细胞分化，该细胞亚群通过分泌胰岛素样生长因子-1(IGF-1)促进成纤维细胞增殖，最终导致移植物纤维化。采用AAV病毒载体敲低APOE表达可有效减轻纤维化，为防治血管移植物纤维化提供了新靶点。
在心血管疾病治疗领域，小口径血管移植物的临床应用仍面临重大挑战。当血管直径小于6毫米时，植入的移植物容易发生纤维化，导致血管壁僵硬、顺应性下降，最终影响移植物的长期通畅性。尽管研究人员尝试通过材料改性、药物涂层等多种手段来改善这一问题，但效果有限。究其原因，以往研究多聚焦于移植物本身，而忽视了宿主对移植物的反应机制。
近日发表在《Bioactive Materials》的一项研究揭开了这一难题的神秘面纱。由傅佳音领衔的研究团队发现，载脂蛋白E(Apolipoprotein E, APOE)在血管移植物植入后的再生过程中扮演着关键角色。该研究首次阐明了APOE通过调控巨噬细胞分化影响血管移植物纤维化的分子机制，为防治移植物纤维化提供了新的治疗靶点。
研究人员采用单细胞RNA测序(single cell RNA sequencing, scRNA-seq)、免疫荧光染色、蛋白质印迹(Western blot, WB)等技术，系统分析了野生型(WT)和APOE基因敲除(APOE knockout, APOE KO)大鼠模型中血管再生的动态过程。实验选用聚己内酯(polycaprolactone, PCL)电纺材料制备血管移植物，通过大鼠腹主动脉移植模型进行体内研究。同时采用酶联免疫吸附测定(ELISA)、免疫共沉淀(co-immunoprecipitation, Co-IP)、腺病毒(adenovirus, ADV)和腺相关病毒(adeno-associated virus, AAV)基因操作等技术手段，深入探究了APOE的作用机制。
2.1. 血管移植物植入后APOE表达显著上调
单细胞测序结果显示，与天然主动脉相比，再生主动脉中APOE表达显著增加。免疫荧光染色和WB分析证实，APOE在再生血管的内皮细胞、巨噬细胞和神经元中高表达，且随着植入时间延长呈现动态变化。这一发现提示APOE可能参与调控血管再生过程。
2.2. APOE基因敲除改善再生主动脉力学性能
超声检测显示，APOE KO大鼠的再生主动脉具有更好的血管壁运动和顺应性。拉伸试验进一步证实，APOE KO显著降低了再生主动脉的弹性模量，改善了血管的力学性能。这表明APOE可能通过影响细胞外基质(extracellular matrix, ECM)沉积参与血管僵硬的发生。
2.3. APOE KO减少ECM沉积并促进外膜毛细血管生长
组织学分析发现，APOE KO大鼠再生主动脉外膜更薄，胶原蛋白和弹性蛋白沉积减少。同时，外膜区域毛细血管数量增加。单细胞测序数据显示，APOE KO大鼠的成纤维细胞中ECM相关基因表达降低，进一步证实APOE参与调控纤维化过程。
2.4. 促纤维化巨噬细胞参与血管再生过程
单细胞测序将巨噬细胞分为9个亚群，其中cluster 2(C2)巨噬细胞高表达组织蛋白酶D(Cathepsin D, CTSD)、分泌型磷蛋白1(secreted phosphoprotein 1, SPP1)等促纤维化标志物。这类细胞在天然主动脉中极少存在，而在再生血管中占比达20%-30%，表明其可能参与移植物纤维化。
2.5. APOE KO减少促纤维化巨噬细胞形成
在APOE KO大鼠中，C2巨噬细胞比例显著降低，CTSD和SPP1表达水平也相应下降。体外实验证实，APOE缺失抑制了巨噬细胞向促纤维化表型分化。值得注意的是，APOE并不影响巨噬细胞的存活和吞噬功能，而是特异性调控其分化方向。
2.6. LRP1介导APOE促进促纤维化巨噬细胞形成
通过免疫沉淀-质谱联用技术，研究人员鉴定出低密度脂蛋白受体相关蛋白1(low-density lipoprotein receptor related protein 1, LRP1)是APOE的相互作用蛋白。Co-IP和共定位实验证实了二者的直接相互作用。利用腺病毒敲低LRP1表达后，巨噬细胞中CTSD和SPP1水平显著降低，表明APOE/LRP1信号轴参与调控促纤维化巨噬细胞的形成。
2.7. 促纤维化巨噬细胞通过IGF-1促进成纤维细胞增殖
单细胞测序显示，C2巨噬细胞高表达胰岛素样生长因子-1(insulin-like growth factor-1, IGF-1)。APOE KO大鼠再生血管中IGF-1浓度降低，成纤维细胞增殖减少。体外实验证实，巨噬细胞条件培养基可促进成纤维细胞增殖，而IGF-1阻断抗体能逆转这一效应。
2.8. AAV介导的APOE敲低减轻移植物纤维化
研究人员采用AAV载体递送靶向APOE的shRNA，通过外膜注射方式敲低APOE表达。结果显示，APOE敲低显著改善了再生主动脉的顺应性，减少了ECM沉积，同时降低了促纤维化巨噬细胞数量和IGF-1水平。这一治疗策略为临床防治血管移植物纤维化提供了潜在方法。
该研究系统阐明了APOE在血管移植物纤维化中的作用机制：移植物植入后，局部APOE表达上调，通过与LRP1相互作用促进巨噬细胞向促纤维化表型分化，这些细胞通过分泌IGF-1刺激成纤维细胞增殖和ECM沉积，最终导致移植物纤维化。研究首次将APOE/LRP1信号轴与血管移植物纤维化联系起来，不仅深化了对移植物-宿主相互作用的理解，而且为临床防治提供了新的靶点策略。
值得注意的是，APOE在不同疾病背景下可能发挥截然不同的作用。在肺纤维化中，APOE促进巨噬细胞对胶原的吞噬而缓解纤维化；而在血管移植物纤维化中，APOE却促进纤维化发生。这种功能差异可能与APOE表达水平、作用细胞类型及微环境因素有关，值得进一步研究。
该研究的创新之处在于将研究视角从移植物材料本身转向宿主反应机制，通过多组学技术和基因操作手段，揭示了APOE/LRP1/IGF-1信号轴在血管移植物纤维化中的核心地位。特别是AAV介导的APOE敲低策略，为临床转化提供了可行方案。未来研究可进一步探索APOE在不同细胞类型中的特异性作用，以及与其他纤维化相关通路的交互作用，为全面理解移植物纤维化机制提供新视角。
