内皮METRNL通过调控线粒体稳态抗动脉粥样硬化的关键作用及机制研究

《Pharmacological Research》：Endothelial versus global METRNL reveals importance of endothelial METRNL against atherosclerosis via mitochondrial homeostasis

本研究针对动脉粥样硬化中内皮细胞线粒体功能障碍的防治难题，通过构建内皮特异性及全身性METRNL基因敲除ApoE-/-小鼠模型，结合体外氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）诱导的人脐静脉内皮细胞（HUVECs）损伤模型，首次揭示METRNL定位于内皮细胞线粒体与细胞核，并通过平衡PGC-1α介导的线粒体生物发生与PINK1-Parkin介导的线粒体自噬，维持线粒体稳态，从而抑制氧化应激及细胞凋亡。该研究为靶向METRNL调控内皮线粒体功能提供了新型治疗策略，对动脉粥样硬化性心血管疾病的防治具有重要意义。

　　

动脉粥样硬化是心肌梗死、脑卒中及心血管死亡的主要病理基础，其发病早期以内皮功能障碍为特征。内皮细胞作为血管屏障，通过调节脂质渗透、炎症反应及氧化应激参与动脉粥样硬化进程。近年研究发现，线粒体作为细胞能量代谢与应激感知的核心细胞器，其功能紊乱可导致活性氧（ROS）积累、细胞凋亡加剧，进而加速动脉粥样硬化发展。然而，如何维持内皮线粒体稳态仍是当前研究的难点。

为探索这一科学问题，研究团队聚焦于一种新型分泌蛋白METRNL（Meteorin-like）。既往研究表明，血清METRNL水平在动脉粥样硬化患者中显著降低，且内皮细胞是循环METRNL的主要来源。本研究通过比较内皮特异性敲除METRNL（ApoE^-/-EC-Metrnl^-/-）与全身性敲除METRNL（ApoE^-/-Metrnl^-/-）小鼠模型，在自发性（年龄相关）及高脂饮食（HFD）诱导的动脉粥样硬化模型中，发现两种敲除均显著加重主动脉斑块面积、脂质沉积及坏死损伤，且严重程度无显著差异，提示内皮METRNL是抵抗动脉粥样硬化的关键因素。

研究进一步通过免疫荧光共定位及细胞器分离技术，首次发现METRNL分布于内皮细胞的线粒体、细胞核、内质网及高尔基体，其中线粒体与细胞核为主要富集部位。在机制层面，研究人员利用ox-LDL处理的HUVECs模型及小鼠主动脉组织，证实METRNL缺失会加剧线粒体ROS生成、降低超氧化物歧化酶2（SOD2）表达、诱导线粒体膜电位（MMP）崩解，并抑制PGC-1α介导的线粒体生物发生与PINK1-Parkin通路相关的线粒体自噬，导致功能障碍线粒体累积，最终促进内皮细胞凋亡。而过表达METRNL（尤其是缺失信号肽的非分泌型METRNL）可逆转上述损伤，表明METRNL通过细胞内作用直接调控线粒体质量平衡。

关键技术方法包括：

1. 1.
   构建内皮特异性及全身性METRNL基因敲除ApoE^-/-小鼠模型，通过油红O染色、HE染色评估动脉粥样硬化斑块；
2. 2.
   利用人脐静脉内皮细胞（HUVECs）进行体外机制研究，通过shRNA干扰及过表达载体调控METRNL表达；
3. 3.
   采用免疫荧光、Western blot、流式细胞术检测线粒体功能指标（ROS、MMP、线粒体质量）及关键蛋白（PGC-1α、PINK1、Parkin、LC3-II）；
4. 4.
   通过TUNEL染色、凋亡相关蛋白（cleaved caspase-3/9）评估细胞凋亡水平。

研究结果

3.1. 基因敲除模型验证

成功构建ApoE^-/-EC-Metrnl^-/-与ApoE^-/-Metrnl^-/-小鼠，证实内皮或全身METRNL缺失均不影响体重与血脂水平，但显著降低血清METRNL浓度。

3.2. METRNL缺失加剧动脉粥样硬化

在自发性及HFD诱导的动脉粥样硬化模型中，内皮或全身METRNL缺失均导致主动脉斑块面积、脂质沉积和坏死核心扩大，且两者表型相似，凸显内皮METRNL的核心保护作用。

3.3. METRNL的亚细胞定位

METRNL广泛分布于HUVECs的细胞质，并在线粒体（标记蛋白ATP5A）与细胞核（标记蛋白Lamin B1）中高度富集，提示其可能直接参与线粒体与核内调控。

3.4. METRNL调控线粒体稳态

在ox-LDL刺激下，METRNL缺失加剧线粒体氧化应激（ROS升高、SOD2下调）、MMP丧失及线粒体质量异常，同时抑制PGC-1α表达与PINK1-Parkin通路活化，导致线粒体生物发生与自噬失衡，最终促进细胞凋亡。而过表达METRNL可逆转上述现象。

3.5. 体内实验验证

小鼠主动脉内皮细胞中，METRNL缺失同样加重HFD诱导的线粒体ROS积累、SOD2表达下降及凋亡信号激活，进一步证实其在维持内皮线粒体稳态中的关键作用。

结论与意义

本研究首次揭示METRNL通过定位于内皮细胞线粒体与细胞核，协调PGC-1α介导的线粒体生物发生与PINK1-Parkin依赖的线粒体自噬，维持线粒体功能完整性，从而抑制氧化应激与细胞凋亡，延缓动脉粥样硬化进展。该发现不仅深化了对METRNL血管保护机制的理解，更为靶向线粒体稳态的动脉粥样硬化治疗提供了新策略。未来研究可进一步探索METRNL在线粒体与核内的具体分子靶点，以及其作为生物标志物或治疗靶点的临床转化潜力。

（本文解读基于论文《Endothelial versus global METRNL reveals importance of endothelial METRNL against atherosclerosis via mitochondrial homeostasis》，发表于《Pharmacological Research》）