GTP结合蛋白3（GTPBP3）是一种高度保守的tRNA修饰酶，是5-牛磺酸甲基尿苷（τm5U）生物合成的关键酶，与细胞内线粒体功能障碍有关，但其在不同细胞类型血管发育和血管生成中的具体作用尚不清楚。2025年6月，中南大学湘雅二医院于碧莲教授研究团队在Angiogenesis (IF 9.2)期刊发表题为“Endothelial GTPBP3 directs developmental angiogenesis and neovascularization after limb ischemia via the mtROS/HRl/ATF4/mTORC1 axis”的文章。本研究探讨了内皮细胞中GTPBP3在血管生成中的作用，发现其通过mtROS/HRl/ATF4/mTORC1轴调控发育性血管生成和肢体缺血后的新血管形成，凸显了GTPBP3作为血管生成相关疾病潜在治疗靶点的价值。
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基因信息：GTPBP3，GTP结合蛋白3
病毒产品：Ad-GTPBP3、Ad-con
感染细胞：HUVECs
MOI：100
检测时间：感染后48h

研究结果
1、GTPBP3在内皮细胞血管生成中起关键作用
研究数据显示血管生成刺激增加内皮细胞GTPBP3的表达水平。在内皮细胞特异性GTPBP3敲除小鼠中，胚胎致死率高，胚胎发育不良且血管网络存在缺陷，视网膜血管的总血管长度和分支点减少；而髓系细胞特异性敲除GTPBP3的小鼠无胚胎致死现象，表明内皮细胞中GTPBP3对胚胎血管发育至关重要。研究团队进一步构建了通过他莫昔芬诱导的内皮细胞特异性GTPBP3敲除小鼠模型，发现其出生后视网膜血管径向扩展延迟，血管密度、总血管长度、分支点及丝状伪足数量和长度均减少，增殖内皮细胞数量降低；在成年小鼠后肢缺血模型中，该敲除小鼠血流恢复缓慢，再生肌区的毛细血管（CD31）和小动脉（α-SMA）密度显著降低，表明内皮细胞GTPBP3对出生后视网膜血管生成和肢体缺血后的新血管形成至关重要。体外实验中，GTPBP3敲低抑制HUVECs管形成、增殖和迁移，而腺病毒载体介导的过表达则促进这些过程。以上数据表明GTPBP3对内皮细胞的血管生成活性至关重要。

2、GTPBP3通过激活mTORC1信号通路促进血管生成
血管内皮生长因子（VEGF）信号传导和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）通路是血管生成的关键调节因子。但在GTPBP3敲低或过表达后，VEGFA和VEGF受体2 mRNA表达水平保持不变，此外，用VEGF信号调节因子的抑制剂处理细胞，进一步排除了VEGF信号传导作为GTPBP3驱动的血管生成的介导物。对mTORC1途径的研究表明，GTPBP3的过表达显著增加了HUVEC中mTORC1的活化，GTPBP3敲低得到了相反的结果；并且GTPBP3相关的mTORC1激活独立于AKT信号传导发生。使用mTORC1复合物的有效激活剂亮氨酸的拯救实验进一步验证了mTORC1通路参与GTPBP3诱导的血管生成。通过研究GTPBP3抑制如何影响mTORC1活性，证实AMPK和HRI/ATF4/Sestrin2通路响应GTPBP3的改变，抑制HRI/ATF4/Sestrin 2通路可挽救缺陷型GTPBP3缺陷诱导的血管生成。

3、内皮细胞GTPBP3缺陷诱导线粒体功能障碍
研究表明线粒体应激可激活整合应激反应（ISR）途径中的HRI分支。为研究GTPBP3缺陷型HUVEC中的HRI活化机制，研究团队评估了GTPBP3在EC内线粒体功能中的作用。在HUVECs中敲低GTPBP3降低了线粒体膜电位及氧消耗率，虽ATP水平无显著变化，但AMP/ATP比值升高、NAD+/NADH比值降低，且线粒体活性氧积累；同时，GTPBP3缺失会激活HRI/eIF2α/ATF4通路，使磷酸化eIF2α、ATF4及Sestrin2水平上调，而线粒体ROS清除剂MitoQ可逆转这些变化，表明GTPBP3缺失诱导的线粒体功能异常会导致mtROS积累，进而激活HRI/eIF2α/ATF4通路。进一步分析证明靶向mtROS可挽救GTPBP3缺陷引起的体内外血管生成障碍。

结论
本研究阐明了GTPBP3在EC功能和血管生成中的关键作用。GTPBP3缺陷通过独立于VEGF信号的mTORC1信号通路导致血管生成受损。血管生成缺陷与mtROS诱导的HRI/ATF4/Sestrin2信号通路的激活有关。这些发现强调了线粒体功能在内皮细胞中的重要性，为血管生成相关疾病的潜在治疗靶点提供了新的见解。