12/15-lipoxygenase mediates disturbed  flow-induced endothelial dysfunction  and atherosclerosis

keywords：12/15-lipoxygenase; Atherosclerosis; Disturbed flow;Endothelial dysfunction; Shear stress

在脉管系统中，血流动力学模式的空间异质性是调节血管稳态的关键因素。直血管区域的稳定血流以高单向壁剪切应力为特征，而动脉分支及弯曲部位则暴露于低振荡剪切应力的干扰血流（血流紊乱）。临床研究表明，此类血流紊乱区域与内皮功能障碍及动脉粥样硬化斑块形成显著相关。内皮细胞（EC）通过感知特定剪切应力模式转导机械信号，其功能失调在血流紊乱与全身风险因素协同作用下，共同促进动脉粥样硬化进展及斑块破裂。尽管计算流体动力学可预测易损斑块位置，但血流动力学驱动动脉粥样硬化的分子机制尚未全部阐明，限制了靶向治疗策略的开发。

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花生酸类代谢物作为多不饱和脂肪酸（PUFA）衍生的生物活性脂质，在动脉粥样硬化病变中持续富集。其中，12/15-脂氧合酶通过催化生成促炎介质如12/15-S-HETE和9/13-S-HODE，成为动脉粥样硬化的关键调控因子。该酶通过介导内皮激活、单核细胞募集及巨噬细胞脂蛋白氧化，参与斑块发展的核心进程。然而，其在血流紊乱诱导的内皮炎症反应中的特异性作用尚未明确，且12/15-LOX与机械应力信号通路的交互机制仍属空白。

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基于此，上海交通大学医学院附属瑞金医院心血管内科在一项研究中，揭示血流紊乱通过转录因子SREBP2激活12/15-LOX表达的分子机制，及其下游促炎花生酸代谢产物在介导内皮功能障碍中的作用。通过构建EC特异性基因敲低模型及药理学抑制实验，验证了SREBP2-12/15-LOX对缓解血流紊乱相关动脉粥样硬化的治疗潜力，为干预机械力代谢重编程通路提供了新视角。研究成果发表于“Molecular medicine (Cambridge, Mass.)”期刊题为“12/15-lipoxygenase mediates disturbed  flow-induced endothelial dysfunction  and atherosclerosis”。

首先，研究人员发现血流紊乱特异性上调内皮细胞12/15-LOX表达。人体乳房内动脉组织学分析显示，与稳定血流区域（直血管段）相比，动脉分叉处外壁（血流紊乱区）内皮细胞（EC）的12/15-LOX表达显著升高（图1A-C），而血管中膜表达无区域差异。小鼠模型中，主动脉小弯区（血流紊乱）的EC 12/15-LOX表达较主动脉弓大弯区（稳定血流）增加2.1倍（图2A-C），且该蛋白在EC的质膜、胞质及核内同步上调。颈动脉部分结扎模型进一步证实，结扎近端紊乱血流区的ALOX15 mRNA水平较对照组升高3.5倍（图2D-F）。体外实验表明，人脐静脉内皮细胞（HUVEC）暴露于振荡剪切应力后，ALOX15 mRNA与12/15-LOX蛋白呈时间依赖性上调，并伴随ICAM-1等炎症标志物增加。

图1    在人体动脉的扰动血流区域，内皮细胞中的12/15-脂氧合酶表达增加。

图2    12/15-脂氧合酶在小鼠动脉扰动血流区域内的内皮细胞中表达增加。

然后，为了验证12/15-LOX缺失或抑制改善血流紊乱诱导的内皮功能障碍。研究人员在ALOX15敲除小鼠中，血流紊乱区域的内皮细胞（EC）VCAM-1表达上调较野生型降低约40%（图3A-C）。体外实验证实，敲低12/15-LOX可显著抑制振荡剪切应力诱导的VCAM-1和ICAM-1表达（图3D-F）。相反，过表达12/15-LOX使EC对血流紊乱更敏感，加剧ICAM-1上调。药理学干预显示，黄芩素处理可降低EC中VCAM-1/ICAM-1水平。功能学实验进一步揭示，在apoE⁻/⁻小鼠血流紊乱区，白细胞滚动和粘附增加2.3倍，而ALOX15⁻/⁻/apoE⁻/⁻小鼠或黄芩素处理的apoE⁻/⁻小鼠中，该现象被显著抑制（图3G-H）。体外粘附实验同样证实抑制12/15-LOX可减少单核细胞与EC的结合（图4F-G）。

图3    12/15-脂氧合酶的缺失可减轻由扰动血流所引发的内皮细胞炎症。

接着，为验证12/15-LOX通过特异性上调15-S-HETE介导内皮炎症，研究人员通过液相色谱-质谱（LC-MS/MS）分析显示，在血流紊乱作用下，内皮细胞（EC）中类花生酸代谢物15-S-HETE水平较稳定血流组增加3.2倍，而9-HODE、13-S-HODE及12-S-HETE无显著差异（图4A-D）。基因敲除（ALOX15⁻/⁻）或黄芩素抑制12/15-LOX活性可全部阻断15-S-HETE的异常累积。外源性补充12/15-LOX代谢产物可逆转基因缺陷EC中血流紊乱诱导的ICAM-1/VCAM-1上调（图4E-G），证实该酶通过代谢产物直接驱动炎症反应。进一步代谢组学分析表明，血流紊乱虽提升COX2产物6-keto-PGF1α水平，但PGE2、PGF2α等炎症介质不受12/15-LOX调控，排除花生四烯酸代谢的代偿性重分布。这些数据表明，12/15-LOX通过特异性生成15-S-HETE，而非广泛影响类花生酸代谢网络，选择性加剧内皮功能障碍。

图4    12/15-脂氧合酶促进了促炎性多不饱和脂肪酸代谢产物的生成。

进一步，为阐明SREBP2介导血流紊乱诱导的12/15-LOX转录激活，研究人员通过生物信息学分析揭示人ALOX15启动子存在固醇调节元件（SRE）。实验证实，血流紊乱通过激活剪切应力敏感转录因子SREBP2，促使其前体剪切为成熟体并核转位（图5A-B）。SREBP2基因沉默可全部阻断血流紊乱诱导的12/15-LOX表达（图5C）。荧光素酶报告系统显示，ALOX15启动子在血流紊乱下活性增强2.8倍，SREBP2过表达进一步放大该效应（图5D），而SREBP2沉默则消除启动子激活（图5E）。启动子截断实验锁定-800至-200 bp为SREBP2关键作用区域（图5F）。ChIP实验证实，SREBP2直接结合ALOX15启动子GT(G)GGGG(C)TGG(A)TGGG基序（图5G），与预测结合位点一致。该机制阐明机械应力通过SREBP2特异性调控12/15-LOX转录的分子基础。

图5    SREBP2调控由扰动血流诱导的ALOX15转录。

最后，研究人员发现内皮12/15-LOX缺失或抑制减轻血流紊乱驱动的动脉粥样硬化。在APOE⁻/⁻小鼠中，颈动脉部分结扎诱导的血流紊乱使左颈动脉病变面积较对侧非手术血管增加8倍，而APOE⁻/⁻/Alox15⁻/⁻双敲除小鼠的斑块面积减少约65%（图6A-B）。药理学干预显示，黄芩素腹腔注射同样显著抑制APOE⁻/⁻小鼠的病变进展。为明确内皮特异性机制，通过CDH5启动子介导的AAV递送ALOX15-shRNA，实现内皮细胞（EC）中12/15-LOX的特异性敲低（图6C），该干预使结扎颈动脉的动脉粥样硬化面积较对照组减少58%（图6D-E）。上述结果表明，内皮12/15-LOX是血流紊乱触发斑块形成的核心介质，其抑制策略具有明确治疗潜力。

图6    12/15-脂氧合酶的缺失或抑制可减轻小鼠中由扰动血流所激活的动脉粥样硬化易感性。

图7    图形摘要。

总之，研究揭示，血流紊乱通过剪切应力敏感转录因子SREBP2激活内皮细胞（EC）中12/15-LOX的表达。机制上，SREBP2成熟体核转位后直接结合ALOX15启动子GT(G)GGGG(C)TGG(A)基序，驱动其转录，特异性促进促炎代谢物15-S-HETE生成，而非其他类花生酸。基因敲除或黄芩素抑制12/15-LOX可降低EC黏附分子表达达40%，并减少白细胞-内皮相互作用。EC特异性敲低12/15-LOX显著缓解颈动脉部分结扎模型中的动脉粥样硬化进展，且不影响血浆脂质谱。临床转化分析显示，黄芩素通过抑制12/15-LOX活性逆转内皮功能障碍，其安全性已在II期临床试验中得到验证。研究阐明机械应力通过SREBP2-12/15-LOX-15-S-HETE通路驱动血管炎症的新机制，为干预血流紊乱相关动脉粥样硬化提供理论依据。

参考文献：Chen JW, Chen SL, Wu XR, Shu XY, Tang SY, Yuan H, Li YR, Quan JW, Feng S, Zhang RY, Yang CD, Lu L, Wang XQ. 12/15-lipoxygenase mediates disturbed flow-induced endothelial dysfunction and atherosclerosis. Mol Med. 2025 Jul 15;31(1):257. doi: 10.1186/s10020-025-01297-0. PMID: 40660143; PMCID: PMC12261642.
原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40660143/

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