《Journal of Cellular and Molecular Medicine》：Increased CD44 Expression in Endothelial Cells Induced by Advanced Glycation End Products Leads to Insufficient Maturation of Angiogenesis
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在糖尿病血管并发症中，晚期糖基化终末产物（AGEs）驱动的病理性血管生成是导致视网膜病变等微血管疾病的关键机制，但其导致的血管基底膜（BM）结构异常的具体分子机制尚不清楚。研究人员围绕“AGEs如何通过CD44/MMP9轴破坏血管基底膜稳态、进而导致血管成熟不全”这一核心主题开展研究。结果发现，AGEs通过β-catenin/TCF4信号通路上调内皮细胞CD44，后者进而促进MMP9介导的基底膜成分（如Col-IV和LN）过度降解，最终导致基底膜结构紊乱和血管成熟障碍。该研究揭示了糖尿病环境下病理性血管生成的新机制，为以血管正常化为导向的糖尿病血管并发症治疗提供了新的理论依据和潜在的干预靶点。
糖尿病，这个21世纪的全球性健康挑战，不仅导致血糖异常，更可怕的是其引发的各种血管并发症，如冠心病、中风，以及可能导致失明的糖尿病视网膜病变。在长期高血糖环境中，体内会积累一种名为晚期糖基化终末产物（AGEs）的有害物质，它与糖尿病的“代谢记忆”效应密切相关。研究发现，即使血糖得到控制，AGEs的持续影响仍可导致血管并发症的进展，这解释了为何部分糖尿病患者在血糖达标后，血管病变依然“挥之不去”。其中，视网膜上不成熟的、结构异常的“病理性”新生血管是导致失明的主要原因。正常的血管生成需要内皮细胞和周细胞紧密合作，并形成稳定的基底膜“骨架”，而糖尿病中的AGEs似乎破坏了这一精细的构建过程，但具体是如何破坏的，科学界尚不完全清楚。
为了解答“AGEs如何导致病理性血管生成和血管基底膜异常”这一核心问题，南方医科大学的研究团队在《Journal of Cellular and Molecular Medicine》上发表了一项系统性研究。他们综合运用了多种关键技术来层层深入。首先是单细胞RNA测序（scRNA-seq） 分析，利用公开数据集（GSE204880）在细胞层面探索了氧诱导视网膜病变（OIR）小鼠模型中血管基底膜相关基因的表达谱。在实验模型方面，他们使用了体内动物模型（AGEs处理的C57BL/6J野生型和CD44基因敲除小鼠，包括新生鼠和成年鼠）来模拟AGEs的急性和慢性累积效应。体外研究则采用人脐静脉内皮细胞（HUVECs） 和人脑微血管周细胞（HBVPs） 的共培养管形成实验，模拟血管生成过程。通过腺病毒介导的基因敲低（shCD44） 和小分子抑制剂（如MMP9-IN-1、γ-分泌酶抑制剂DAPT、β-catenin/TCF4相互作用抑制剂LF3）等手段，对关键分子进行功能干预。分子机制层面，运用了蛋白质印迹法（Western blot）、免疫荧光染色、酶联免疫吸附测定（ELISA） 和免疫共沉淀（Co-IP） 等多种分子生物学技术，检测了目标蛋白的表达、定位、分泌及相互作用。
AGEs在体内外均促进血管生成，并与异常的血管基底膜结构相关
通过分析OIR小鼠的单细胞测序数据，研究人员发现内皮细胞中基底膜主要成分IV型胶原（Col-IV）和层粘连蛋白（LN）的表达存在异质性，且AGE-RAGE信号通路和基底膜相关通路被富集。在AGEs处理的小鼠和内皮细胞/周细胞共培养体系中，AGEs确实促进了血管生成（血管密度和管状结构增加），但Col-IV的分布变得不均匀，基底膜结构变得粗糙甚至塌陷。更重要的是，虽然视网膜组织中Col-IV的总量未变，但血清和共培养上清液中Col-IV的水平显著升高，这提示基底膜成分可能被过度降解了。
AGEs通过上调内皮细胞CD44表达促进血管生成，并导致基底膜结构改变
研究人员发现，AGEs能在体内（小鼠视网膜）和体外（HUVECs）时间依赖性地促进CD44蛋白的表达上调，且CD44在内皮细胞膜上发生聚集。为了探究CD44的功能，他们使用了CD44基因敲除小鼠和CD44敲低的内皮细胞。结果显示，敲除或敲低CD44，可以显著减轻AGEs诱导的血管过度增生，并改善Col-IV和LN在基底膜中的异常分布，同时降低它们在血清或上清中的水平。这表明，内皮细胞CD44的表达上调是AGEs导致血管生成和基底膜紊乱的关键环节。
MMP9介导的基底膜降解导致了AGEs诱导的新生血管基底膜结构异常
基质金属蛋白酶9（MMP9）是降解Col-IV的主要酶。研究发现，AGEs处理显著增加了小鼠视网膜和血清中，以及内皮细胞内的MMP9蛋白水平。当使用特异性抑制剂MMP9-IN-1阻断MMP9的活性后，AGEs促血管生成的作用被削弱，同时，Col-IV和LN在新生血管基底膜上的分布变得更加连续、平滑，上清液中二者的含量也降低。这证明，AGEs通过促进MMP9的表达和活性，导致了基底膜成分的过度降解，从而破坏了其结构完整性。
AGEs通过CD44促进内皮细胞MMP9表达，从而降解血管基底膜
为了连接CD44和MMP9，研究人员进行了进一步的实验。他们发现，下调内皮细胞中的CD44表达，可以显著降低AGEs诱导的MMP9蛋白表达和分泌。同样，在CD44敲除小鼠的视网膜中，AGEs引起的MMP9表达升高也被逆转。已知CD44可以被切割产生具有转录活性的细胞内结构域（CD44ICD）。当使用γ-分泌酶抑制剂DAPT阻断CD44ICD的形成时，AGEs诱导的MMP9表达也被抑制。这表明，AGEs通过上调CD44，并可能经由其胞内片段CD44ICD，来促进MMP9的表达。
AGEs通过β-catenin/TCF4信号通路上调CD44表达，从而介导异常的新生血管基底膜稳态
最后，研究深入到了上游调控机制。CD44是经典Wnt/β-catenin信号通路的下游靶基因。实验表明，AGEs处理虽然短时间内不改变内皮细胞中β-catenin的总量，但能促进其从细胞质向细胞核内转运。同时，TCF4的总蛋白水平也升高了。免疫共沉淀和免疫荧光实验证实，AGEs增强了β-catenin与TCF4在细胞核内的相互作用。当使用小分子抑制剂LF3特异性阻断β-catenin/TCF4的相互作用时，AGEs诱导的CD44表达上调被显著抑制。进一步的功能实验显示，抑制β-catenin/TCF4通路也能减轻AGEs引起的血管过度生成和胶原分布不均。
研究结论与重要意义
该研究系统性地阐明了一条清晰的信号轴：在糖尿病环境下积累的AGEs，通过激活内皮细胞内的β-catenin/TCF4信号通路，显著上调了细胞表面分子CD44的表达。高表达的CD44进而促进了MMP9的合成与分泌，导致血管基底膜的核心成分Col-IV和LN被过度降解。这种“合成-降解失衡”最终破坏了基底膜的结构稳定性，使得新生血管无法正常成熟，形成了脆弱、易漏的“病理性”血管网络。这一机制为理解糖尿病视网膜病变等血管并发症中血管渗漏和出血的根源提供了新视角。
其重要意义在于：首先，它揭示了CD44在连接AGEs信号与基底膜重塑之间的核心桥梁作用，拓展了CD44在代谢性疾病和血管稳态中的功能认知。其次，研究提出的“通过调节CD44-MMP9轴实现血管正常化”的治疗新策略，有别于传统的单纯“抗血管生成”疗法，可能为克服现有疗法的耐药性和复发问题提供新思路。最后，该研究指出，针对CD44、MMP9或其上游调控分子的干预，以及将血清中基底膜成分或可溶性MMP9作为疾病诊断和预后的生物标志物，都具有潜在的临床转化价值，为开发治疗糖尿病血管并发症的创新药物奠定了重要的分子理论基础。
