Kisspeptin-10 通过恢复肺动脉平滑肌细胞中的线粒体功能来缓解肺动脉高压

《Neuropeptides》：Kisspeptin-10 attenuates pulmonary arterial hypertension via restoration of mitochondrial function in pulmonary artery smooth muscle cells

Kisspeptin-10通过激活GPR54受体改善肺动脉高压，机制涉及恢复肺动脉平滑肌细胞线粒体功能及纠正自噬失调。

　　

黄思佳|陈子轩|龚万伟|宋玉晓|丁文琴|张璐|李俊

南通大学医学院附属医院呼吸与重症监护医学系，中国江苏省南通市崇川区西四路20号，邮编226001

摘要

肺动脉平滑肌细胞（PASMCs）中的线粒体功能障碍和异常的线粒体自噬是导致肺动脉高压（PAH）的关键因素。本研究显示，Kisspeptin-10通过其受体GPR54的作用，在SU5416/缺氧小鼠模型中显著减轻了PAH的症状。Kisspeptin-10的给药显著降低了右心室收缩压、右心室肥厚程度以及肺血管重构。机制上，Kisspeptin-10恢复了缺氧条件下PASMCs和PAH肺部的线粒体膜电位、ATP生成以及细胞色素c氧化酶活性，并纠正了PINK1、Parkin和FUNDC1等线粒体自噬相关蛋白的过度积累。体外实验表明，Kisspeptin-10直接抑制了缺氧诱导的PASMC增殖。因此，Kisspeptin-10主要通过恢复线粒体稳态和限制PASMCs中的异常线粒体自噬来缓解PAH。这表明Kisspeptin/GPR54轴可能是治疗PAH的潜在靶点。

引言

肺动脉高压（PAH）是一种致命的血管疾病。静息状态下平均肺动脉压力超过20毫米汞柱，长期使右心室负荷过重，最终导致心力衰竭。即使采用现代药物治疗，长期生存率仍然很低（Humbert等人，2022年）。远端肺动脉发生阻塞性重构，主要是由于PASMC过度增殖和凋亡逃逸，这导致血管中层增厚和管腔狭窄（Morrell等人，2009年）。现有的药物主要起到扩张血管的作用，但很少能逆转已经形成的结构损伤（Thenappan等人，2018年）。因此，能够阻止或逆转血管重构的疗法是一个迫切且未满足的临床需求。

在PAH的发病机制中，多种分子级联反应相互关联。其中，细胞能量代谢紊乱被认为是核心诱因（Xu和Erzurum，2011年）。PASMCs的线粒体完整性受损，即使在常氧条件下也倾向于进行有氧糖酵解，这种代谢方式类似于Warburg效应（Paulin和Michelakis，2014年）。这种转变提供了支持持续增殖和抵抗凋亡的生物合成中间产物（Dromparis和Michelakis，2013年）。因此，恢复线粒体功能的策略是一个合理的治疗途径。

线粒体内的氧化磷酸化是细胞ATP的主要来源。维持线粒体的正常功能依赖于严格的质量监控。线粒体自噬是一种自噬亚型，负责将受损的线粒体清除（Youle和Narendra，2011年）。线粒体自噬的平衡需要精确调控；无论是活性不足还是过度都会引发疾病（Pickles等人，2018年）。在PAH中，越来越多的证据表明线粒体自噬过程受到干扰，从而促进血管细胞功能障碍和病变进展（Ryan和Archer，2015年）。PINK1、Parkin和FUNDC1调控这一过程，但它们在PAH相关线粒体自噬中的具体调控机制尚未完全明确（Ryan和Archer，2014年）。

Kisspeptin神经肽系统包括Kisspeptin配体及其相应的受体GPR54，其作用范围已超出了其在生殖领域的传统角色（Pinilla等人，2012年）。Kisspeptin和GPR54不仅在下丘脑表达，还存在于胰腺、肝脏和脂肪组织等外周组织中，参与代谢调节（Dudek等人，2016年）。此外，GPR54在感觉神经元和血管组织中也有所表达，表明其具有更广泛的生理功能（Mi等人，2009年）。Kisspeptin通过与GPR54结合并激活该G蛋白偶联受体来发挥作用。这一信号通路参与多种生理和病理生理过程。

Kisspeptin信号通路通过刺激一氧化氮合酶活性和发挥抗炎作用直接调节内皮细胞功能（Szereszewski等人，2010年）。在动脉粥样硬化和心肌缺血的临床前模型中，该通路显示出心脏保护作用（Mead等人，2007年）。GPR54也在全身血管平滑肌细胞中表达（O'Carroll等人，2013年），受体激活可以限制生长因子驱动的增殖和迁移（Hauge-Evans等人，2006年）。这些发现表明Kisspeptin系统参与血管壁的稳态和重构。然而，Kisspeptin-GPR54在肺循环中的表达、调控和功能尚未得到充分研究。其对肺动脉高压疾病进展的贡献尚未明确。此外，Kisspeptin信号通路对血管细胞线粒体动态或线粒体自噬的影响也尚未明确。

多项研究表明，G蛋白偶联受体信号通路直接调节线粒体动态、膜电位和活性氧生成（Giorgi等人，2018年；Suofu等人，2017年）。相关的神经内分泌肽（如apelin）调节心血管自噬和线粒体自噬（Maejima等人，2016年）。此外，改变Kisspeptin水平的代谢紊乱是已知的PAH风险因素（Zamanian等人，2009年）。这些发现为直接进行实验研究提供了依据。

基于以上背景，我们假设PAH的发病机制涉及Kisspeptin-GPR54信号通路的异常。进一步推测，这种信号通路的下调会加剧PASMCs中的线粒体功能障碍和异常线粒体自噬，从而推动疾病进展。因此，恢复这一信号通路应能通过增强线粒体能量代谢和正常化线粒体自噬过程来缓解肺动脉高压。本研究旨在严格验证这一假设。我们使用了经过充分研究的SU5416联合慢性缺氧小鼠模型，该模型可再现严重的肺血管重构（Ciuclan等人，2011年）。初步实验量化了该模型中Kisspeptin-GPR54系统的状态，随后评估了外源性Kisspeptin-10肽对心肺血流动力学和血管重构指标的治疗效果。研究内容包括对肺组织和培养的原始PASMCs中线粒体功能的详细评估。关键测量参数包括线粒体膜电位、细胞ATP含量和细胞色素c氧化酶活性。同时，我们测量了线粒体自噬调节因子PINK1、Parkin和FUNDC1的蛋白表达水平，并使用Bafilomycin A1阻断剂分析线粒体自噬过程。最后，我们研究了Kisspeptin-10对PASMCs在缺氧刺激下的增殖反应的直接影响。

动物和实验模型

所有与动物相关的实验操作均遵循美国国立卫生研究院的实验室动物护理和使用指南，并获得了南通大学附属医院动物护理和使用委员会的批准（批准编号：S-20220516-013）。实验所用C57BL/6雄性小鼠年龄为8至10周，体重20至25克，购自Jackson Laboratory（美国缅因州Bar Harbor）。小鼠被饲养在受控环境中，包括12小时的光照/黑暗周期和适宜的环境温度。

实验性PAH中Kisspeptin/GPR54信号通路的失调

我们首先研究了SU5416/缺氧PAH模型中Kisspeptin–GPR54轴是否发生改变。在暴露于SU5416和慢性缺氧28天的小鼠中，通过ELISA检测的血清Kisspeptin水平下降了约43%，从常氧对照组的238.9±25.68 pg/mL降至135.6±14.25 pg/mL（图1A）。通过实时定量PCR检测的全肺GPR54 mRNA水平降至对照值1.00±0.14的0.43±0.05（图1B）。

讨论

本研究得出几个主要结论：在SU5416/缺氧PAH模型中，Kisspeptin-GPR54通路显著下调。外源性Kisspeptin-10的给药显著改善了血流动力学和右心室结构，同时逆转了肺血管的病理重构。机制上，Kisspeptin-10恢复了线粒体能量代谢并纠正了肺组织和分离的PASMCs中的异常线粒体自噬。

结论

总之，我们的数据表明，在实验性PAH中Kisspeptin-GPR54通路受到抑制。通过Kisspeptin-10恢复信号通路具有显著的治疗效果。这些益处是通过恢复线粒体功能和纠正肺动脉平滑肌细胞中的异常线粒体自噬来实现的。这项研究揭示了一个新的生物学途径，并为这种致命疾病提供了一个有前景的新治疗靶点。

作者贡献声明

黄思佳：撰写 – 审稿与编辑、数据可视化、验证、项目监督、软件使用、资源管理、方法设计、实验实施、数据分析、概念构思。陈子轩：撰写 – 初稿撰写、数据可视化、软件使用、资源管理、方法设计、实验实施、数据分析、概念构思。龚万伟：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、项目监督、软件使用

资助

本研究得到了“北京康梦慈善基金会”（项目编号：LCYJ20242113）和“南通大学临床医学专项研究基金”（项目编号：2024LY083）的支持。

未引用的参考文献

Matsui等人，2004年；Roa等人，2011年；Salic和Mitchison，2008年

利益冲突声明

无。