MLK3在维持血管平滑肌细胞稳态及主动脉瘤/夹层发生发展中的保护作用

Aortic aneurysm and dissection are fatal diseases and have no direct pharmacological therapy. Our unpublished data indicated that Mixed lineage kinase 3 (MLK3) showed enrichment for rare variants in sporadic aortic aneurysms compared with controls as suggested by the whole exome sequencing analysis. Furthermore, MLK3 ablation or the administration of small-molecule MLK3 inhibitor to Angiotensin II (AngII)-treated mice led to an elevated risk of aortic aneurysm and dissection in the early phase of AngII infusion. Mechanistically, MLK3 knockout aortas were characterized by dysfunction of VSMCs and enhanced oxidative stress and matrix metalloproteinases (MMPs) expression, as indicated by the RNA-seq analysis. Therefore, we hypothesize that MLK3 protects against aortic aneurysm and dissection formation through conferring VSMC homeostasis in a kinase-dependent manner. To test this hypothesis, in this project, MLK3 global knockout and SMC-specific knockout mice will be used. The RhoA signaling changes, the aortic wall homeostasis, and the cellular behaviors underlying the pathogenesis of aortic aneurysm resulting from MLK3 disruption will be studied. This study will clarify an important role of MLK3 kinase-dependent anti- phenotypic switching of VSMCs in the protection of aortic aneurysm and dissection formation and will add to the current understanding of aortic aneurysm pathology.

主动脉瘤/夹层是心血管危重症，缺乏有效防治策略。前期对主动脉瘤患者全外显子测序，发现MLK3（Mixed-lineage protein kinase 3）突变频率显著高于正常人，且突变位点富集于活性调控区。MLK3敲除鼠及其抑制剂处理野生鼠在血管紧张素II灌注早期发生胸、腹主动脉瘤/夹层。动态转录组数据显示MLK3敲除导致的基因变化富集于平滑肌细胞（VSMC）收缩、氧化应激、胞外基质等信号通路。提示MLK3通过维持VSMC稳态发挥保护作用，但分子机制有待研究。本研究利用VSMC特异性MLK3敲除鼠，重点突破：1)主动脉瘤/夹层发生中MLK3动态变化机制；2)VSMC特异性MLK3抵抗主动脉瘤/夹层的保护作用；3) MLK3维持VSMC稳态的分子机制。以期解析MLK3激酶活性依赖的血管稳态在主动脉瘤/夹层中的保护机制，揭示胸腹主动脉瘤/夹层中血管损伤的共同机制，为有效防治提供新方法。

胸主动脉瘤/夹层的发病具有明显的遗传易感性，但80%以上的散发性胸主动脉瘤/夹层的致病基因不明，发病机制不清，临床缺乏有效防治策略。以胸主动脉瘤/夹层专病队列为基础，发现胸主动脉瘤/夹层候选致病基因，探究其致病性及作用机制，对于提高胸主动脉瘤/夹层的临床防治能力具有重要意义。团队前期对胸主动脉瘤患者的全外显子进行了测序，发现了新的候选致病基因MLK3。因此，本项目的核心内容是探究MLK3在胸主动脉瘤/夹层形成中的作用与机制。运用细胞及组织特异性基因敲除动物模型，结合组织病理学、细胞生物学、分子生物学、转录组测序、蛋白质组学等多种研究手段，获得以下科学发现：1）MLK3基因敲除促进小鼠胸主动脉瘤/夹层形成；2）MLK3在血管内皮细胞高表达，内皮细胞MLK3基因敲除促进小鼠胸主动脉瘤/夹层形成；3）MLK3通过调控线粒体生物合成和能量代谢，维持血管稳态，抑制胸主动脉瘤/夹层形成。本研究明确了MLK3抑制胸主动脉瘤/夹层形成的保护作用与机制，为胸主动脉瘤/夹层的防治提供了新靶点。. 黏着斑蛋白编码基因TES为通过对胸主动脉瘤患者全外显子测序发现的另外一个候选致病基因。利用TES基因敲除鼠及点突变小鼠证实了TES功能缺失导致胸主动脉瘤形成。结合转录组测序及细胞生物学等研究策略，阐明了TES通过促进血管平滑肌细胞收缩维持血管稳态，抑制胸主动脉瘤形成的重要作用。黏着斑支架蛋白家族其他成员基因包括TLN1，ZYX等变异也在胸主动脉瘤患者中发现，并且上述基因同样具有促平滑肌细胞收缩的功能。该研究首次发现了一类胸主动脉瘤的新致病基因—黏着斑支架蛋白编码基因。