孔炜/丛馨课题组发现激活素受体样激酶-3调控血压及血管平滑肌收缩新机制

　　

2023年3月31日，北京大学基础医学院生理学与病理生理学系孔炜教授和丛馨副教授团队，在心血管领域权威期刊《Hypertension》在线发表了题为“Activin Receptor-Like Kinase 3 Directly Couples Gαq (Guanine Nucleotide-Binding Protein Subunit αq)/ Gαq (Guanine Nucleotide-Binding Protein Subunit α11) to Regulate Vascular Contractility”的研究论文，揭示了激活素受体样激酶-3（activin receptor-like kinase 3，ALK3）在血压调控及血管平滑肌收缩功能中的关键作用，发现其通过直接结合并激活Gαq/Gα11蛋白调控平滑肌细胞收缩的新机制。

血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cell，VSMC）是动脉壁最主要的细胞组分，其通过收缩和舒张对血流搏动做出应答，调控机体血压和血液分布，对维持血管稳态至关重要。但是，目前对于连接VSMC收缩与血管稳态之间的关键调控分子仍知之甚少。激活素受体样激酶3（activin receptor-like kinase 3，ALK3），是转化生长因子-β（transforming growth factor β，TGF-β）受体超家族的成员，广泛表达于各脏器组织，其全身敲除小鼠因无法形成完整的中胚层而死于胚胎发育7.5-9.5天，中胚层特异性敲除也可引起血管生成和成熟障碍发生胚胎致死。目前，ALK3在出生后小鼠血管中的功能尚无报道。该研究首先构建了他莫昔芬诱导的出生后ALK3平滑肌特异性敲除小鼠，利用植入子遥感血压监测系统，发现VSMC特异性ALK3敲除导致小鼠自发出现基线血压降低，对血管紧张素II诱导的升压反应钝化。进一步，通过肌动描记法、细胞骨架染色、单细胞牵张力显微镜和胶原收缩等实验发现，ALK3同时调控VSMC收缩蛋白的表达及肌球蛋白轻链（myosin light chain，MLC）的磷酸化，进而影响到VSMC收缩力的产生。

为明确ALK3调控VSMC收缩的分子机制，该研究首先发现ALK3仅通过下游经典信号Smad1/5/8调控VSMC收缩蛋白的表达，而非MLC的磷酸化。那么，是否有非经典信号通路参与ALK3对VSMC收缩的调控？通过蛋白结合组学、免疫共沉淀和生物发光共振能量转移等实验，该研究发现ALK3可直接结合隶属于Gα蛋白家族的Gαq/Gα11蛋白，利用基因沉默和Gαq/Gα11抑制剂证实，ALK3通过Gαq/Gα11激活MLC磷酸化及VSMC收缩。那么，ALK3是如何调控Gαq/Gα11及其下游信号？该研究利用生物发光共振能量转移实验发现，过表达ALK3可剂量依赖地促进Gαq信号的激活，使用ALK3的高亲和力配体（BMP-2和BMP-4）或ALK3激酶失活突变体均不影响ALK3对Gαq信号的激活效应。进一步发现，小鼠血管内存在内源性ALK3同源二聚体，在无配体刺激下，ALK3及其激酶失活突变体均以同源二聚体形式存在，提示ALK3可能以配体和激酶活性非依赖的形式激活Gαq信号，从而调控VSMC收缩。综上，该研究发现ALK3这一单次跨膜的丝氨酸/苏氨酸受体是调控VSMC收缩的关键分子，ALK3通过其经典信号Smad1/5/8和非经典信号Gαq/Gα11共同调控VSMC收缩力，进而参与血压的维持。该研究为精细化理解血管平滑肌收缩在维持血管稳态中的作用及主动脉瘤等心血管疾病的防治带来新的观点和研究方向。

北京大学基础医学院生理学与病理生理学系蔡泽宇博士和谢楠博士为该论文的共同第一作者，北京大学基础医学院生理学与病理生理学系孔炜教授和丛馨副教授为共同通讯作者。该工作还得到北京大学生理学与病理生理学系孙金鹏教授、周菁研究员、付毅研究员、北京大学工学院熊春阳教授和北京大学人民医院李伟教授等的支持与帮助。该项研究获得国家自然科学基金创新群体和国家重点研发计划等经费资助。

原文链接：https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/HYPERTENSIONAHA.122.20654。