Piezo1通过阻断血管平滑肌细胞中OGT介导的RUNX2 O-GlcNAcylation作用，抑制糖尿病引起的血管钙化

《Biochemical Pharmacology》：Piezo1 inhibits diabetic vascular calcification by blocking OGT-mediated RUNX2 O-GlcNAcylation in vascular smooth muscle cells

糖尿病血管钙化中Piezo1通过钙信号调控YAP-OGT/RUNX2轴促进O-GlcNAcylation介导的成骨分化，抑制Piezo1可改善血管顺应性并逆转异常分子表达。

　　

陈美江|江柳香|杨慧|饶芳|邓春宇

中国广东省广州市510515，南方医科大学药学院

摘要

动脉钙化是糖尿病血管并发症的主要病理标志。动脉钙化的主要原因包括高血糖、晚期糖基化终产物（AGEs）和机械应力增加。Piezo1是一种机械敏感通道，在血管疾病中起着关键作用。本研究的目的是阐明Piezo1激活如何通过调节钙离子的机制促进心脏平滑肌细胞的钙化。在本研究中，我们利用药理学和遗传学方法研究了糖尿病血管钙化细胞模型中Piezo1的钙依赖性调节机制。通过使用特异性敲除Piezo1的血管平滑肌小鼠，评估了Piezo1在糖尿病血管钙化中的保护作用。在糖尿病小鼠模型中，血管钙化与Piezo1表达增加和O-糖基化（O-GlcNAcylation）增强相关。Piezo1激活加剧了人冠状动脉平滑肌细胞（HCASMCs）的钙化和O-糖基化，而Piezo1抑制则缓解了这些变化。后续的机制研究表明，Piezo1通过钙依赖性机制与Yes相关蛋白1（YAP）和O-连接N-乙酰葡萄糖胺转移酶（OGT）相互作用，从而增强runt相关转录因子2（RUNX2）的O-糖基化并促进成骨发育。在平滑肌中靶向敲除Piezo1可减少糖尿病相关的血管钙化，提高血管顺应性，并恢复正常的分子表达。本研究表明，Piezo1通过钙依赖性的YAP激活途径增强OGT活性，促进RUNX2的O-糖基化，进而加速HCASMCs的成骨分化，最终加剧糖尿病血管钙化。抑制Piezo1信号通路为缓解糖尿病血管并发症提供了一种新的方法。

引言

动脉钙化是糖尿病大血管疾病的主要临床表现，是显著不良心血管事件和死亡率的独立风险指标[1]、[2]、[3]。糖尿病患者的冠状动脉钙化表现为明显的狭窄和硬度增加，诊断后十年内心肌梗死的风险显著增加[4]。其基本病理生理机制涉及血管平滑肌细胞（VSMCs）的主动成骨转化，导致异常矿物质沉积[5]、[6]；同时，持续的高血糖通过氧化应激、炎症途径激活和晚期糖基化终产物（AGEs）的积累加速这一过程[1]。在这些因素中，AGEs通过持续氧化应激和慢性炎症加剧血管损伤，从而促进钙化[7]、[8]。此外，血管钙化与Ca²⁺内流的失调密切相关，钙通道在此病理过程中起着关键作用[9]。最近的研究表明，AGEs增加CaV1.2通道活性，促进Ca²⁺内流，从而明确了其促钙化效应的精确机制[10]。鉴于这种关联以及管理糖尿病血管钙化的临床挑战，阐明AGEs与钙调节失调之间的机制对于减轻钙化进展和降低糖尿病患者的 cardiovascular 风险至关重要。

在心血管疾病中，Piezo1作为一种机械敏感的阳离子通道，已被认为是一个重要的分子传感器。该通道能够感知应变、应力和基质硬度等机械信号，并将这些信号转化为钙离子内流，从而调节多种关键的病理生理过程，包括增殖、迁移、分化和代谢重编程[11]、[12]、[13]、[14]。越来越多的证据强调了Piezo1在心血管生物学中的关键作用。在血管内皮细胞中，它通过层流剪切应力被激活，诱导Ca²⁺/P2Y2/Gq/G11介导的一氧化氮（NO）依赖性血管舒张[15]；而在血管平滑肌细胞（VSMCs）中，它对血压变化的周期性拉伸作出反应，调节钙信号以调节收缩功能和血管壁重塑[16]。有证据表明，Piezo1通过调节谷氨酰胺代谢促进瓣膜间质细胞（VICs）的钙化[17]。此外，心肌细胞中缺乏Piezo1可以通过保持线粒体动态稳定性来抑制糖尿病性心肌病[18]。最新研究发现，Piezo1激活通过钙介导的Yes相关蛋白1（YAP）激活和随后的信号通路诱导内膜增生，从而促进VSMCs的增殖和迁移[19]。因此，全面研究Piezo1在糖尿病动脉钙化背景下调控血管平滑肌钙化的独特机制至关重要。

在先前的研究中，已经证明Piezo1可以调节YAP，并作为细胞表型转换的上游调节因子[19]。YAP是Hippo通路的主要效应分子，在Hippo通路抑制时转移到细胞核中，作为转录共激活因子发挥作用[20]。YAP作为机械传感器调节VSMCs的成骨发育。这些通路最终作用于关键的成骨转录因子runt相关转录因子2（RUNX2），导致血管平滑肌细胞钙化[21]。然而，YAP是否与Piezo1介导的糖尿病血管钙化中的钙稳态紊乱有关，以及是否进一步促进下游机制共同驱动病理钙化，目前尚不清楚。尽管需要进一步的实验验证，但我们有充分的理由研究Piezo1通过YAP调节其主要下游靶标RUNX2的具体分子机制，从而促进糖尿病血管钙化。

O-糖基化通过翻译后修饰在调节RUNX2转录活性中起关键作用，确保RUNX2功能的精确控制[22]。这种修饰由O-连接N-乙酰葡萄糖胺转移酶（OGT）促进，维持O-糖基化的功能水平[22]、[23]。先前的研究表明，在糖尿病血管钙化中，AGEs的积累与O-糖基化增加和钙化加剧正相关[24]。因此，我们假设RUNX2的O-糖基化受Piezo1介导的机械转导和下游效应因子YAP的调控，从而形成一个促进糖尿病VSMCs钙化的综合调控网络。

基于上述假设，我们研究了Piezo1在糖尿病血管钙化中在VSMCs中的功能。通过使用基因敲除动物模型和具有成骨诱导的AGEs介导的细胞钙化模型，我们证明了Piezo1激活启动了一个钙依赖性级联反应。该级联反应促进YAP向细胞核转移、OGT激活，进而促进RUNX2的O-糖基化，最终加剧糖尿病动脉血管钙化。这些结果表明Piezo1是糖尿病血管钙化中的关键机械转导器，并阐明了一个将机械感知与成骨分化联系起来的信号通路，这些发现可能有助于开发新的方法来缓解糖尿病的大血管并发症。

章节摘录

动物

特异性敲除Piezo1（Piezo1^SMKO）的小鼠由GemPharmatech有限公司（中国南京）提供（许可证编号SCXK (Yue) 2025-0054）。Piezo1fl/fl品系（编号T009627），其特征是外显子2两侧有loxP位点，以及B6.Cg-Tg(Tagln-cre)1Her/J转基因系（SM22α-Cre；库存编号017491）最初来自Jackson实验室。这两个品系都被回交到C57BL/6J遗传背景上。Piezo1^SMKO小鼠是通过将Piezo1^fl/fl小鼠与SM22α-Cre小鼠交配产生的

糖尿病小鼠表现出血管钙化，伴有Piezo1表达增加和O-糖基化增强

为了研究Piezo1与糖尿病血管钙化中的O-糖基化之间的潜在关联，我们使用低剂量的链脲佐菌素（50 mg/kg/d，持续5天）建立了糖尿病小鼠模型。20周后，我们使用多种技术评估了血管钙化，包括体内超声成像、体外单轴拉伸测试和Alizarin Red染色（图1A）。在实验过程中，我们持续监测了空腹血糖水平和体重

讨论

在本研究中，我们确定Piezo1是糖尿病动脉钙化中的关键因素，并解释了它如何促进HCASMCs的成骨重编程。我们的数据表明，Piezo1激活启动了一个协调的信号级联反应，促进Ca²⁺依赖性的YAP向细胞核转移，进而放大RUNX2的O-糖基化，加剧糖尿病动脉钙化的发生。相比之下，无论是通过基因删除还是药理学抑制Piezo1

CRediT作者贡献声明

陈美江：撰写——原始草案、方法学、研究、数据分析。江柳香：方法学、数据分析。杨慧：监督、资金获取。饶芳：监督、资金获取。邓春宇：撰写——审稿与编辑、监督、资源协调、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（82570474、82370411、82270321）和广东省自然科学基金（2614050002031）的资助。机制图使用BioRender软件制作。