Y 染色体基因 UTY 调控男性主动脉瓣狭窄钙化机制新发现

为探究主动脉瓣狭窄（AVS）性别差异，研究人员以水凝胶平台研究，发现 UTY 影响男性瓣膜间质细胞钙化。

　　### 主动脉瓣狭窄研究新突破：UTY 基因在男性钙化进程中的关键作用
在心血管疾病的大家族里，主动脉瓣狭窄（AVS）是一种不容小觑的病症，它如同潜伏在心脏里的 “定时炸弹”，悄无声息地影响着人们的健康。AVS 是一种渐进性疾病，在老年人群中尤为常见，大约 13% 的 75 岁以上老人都受其困扰。更值得关注的是，这种疾病存在明显的性别差异：男性更容易出现瓣膜钙化，而女性则更多地表现为瓣膜纤维化。目前，针对 AVS 的临床治疗存在性别差异管理的问题，比如回顾性研究发现女性接受瓣膜置换手术的推荐率较低。而且，瓣膜置换手术并非一劳永逸，患者术后还面临着多种并发症的风险。因此，寻找非手术的治疗策略来延缓 AVS 的发病进程，成为了医学领域亟待解决的重要问题。

为了深入了解 AVS 性别差异背后的奥秘，来自国外研究机构的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们把目光聚焦在瓣膜间质细胞（VICs）上，这些细胞就像是瓣膜组织中的 “多面手”，在 AVS 的发展过程中起着关键作用。在 AVS 早期，VICs 会被慢性激活转化为肌成纤维细胞，并表达 α 平滑肌肌动蛋白（αSMA）应力纤维；到了中晚期，肌成纤维细胞还会进一步分化为成骨细胞样瓣膜细胞。研究人员猜测，VICs 与瓣膜细胞外微环境的相互作用，很可能是 AVS 性别特异性进展的 “开关” 之一。此外，细胞对细胞外微环境的反应还受到细胞内性染色体的影响，Y 染色体上的基因在男性心脏和炎症性疾病表型中扮演着重要角色。基于这些背景，研究人员提出假设：赖氨酸去甲基化酶 UTY（ubiquitously transcribed tetratricopeptide repeat containing Y - linked）可能通过降低男性 VICs 的甲基化水平，促使其向成骨细胞样细胞表型转化，进而推动男性 AVS 进程中的钙化过程。该研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为 AVS 的研究开辟了新的方向。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过单细胞测序分析人类 AVS 患者瓣膜组织样本，探究不同性别 VICs 群体的特征。其次，构建了一种生物启发的水凝胶细胞培养平台，该平台将聚苯乙烯纳米颗粒（PS - NPs）融入聚乙二醇 - 降冰片烯（PEG - Nb）水凝胶中，模拟瓣膜组织的纳米级基质线索。最后，利用 RNA 干扰技术，通过小干扰 RNA（siRNA）敲低 UTY 基因的表达，研究其对 VICs 表型的影响，并结合转录组分析揭示相关分子机制。

下面让我们来详细看看研究的具体结果：

1. 单细胞测序揭示患病主动脉瓣中不同的 VICs 群体：研究人员对患病主动脉瓣和健康瓣膜进行了性别分离分析，结合公开数据和自己的患者样本进行单细胞测序。结果发现，无论是男性还是女性患者，患病时 VICs 群体的百分比都显著增加。通过通路分析还发现，男性不同 VICs 群体与促炎、促纤维化、衰老及白细胞介素 - 17 信号通路等存在显著关联。
2. 含 PS - NPs 的水凝胶模拟瓣膜微环境：为了模拟瓣膜中含有纳米级磷酸钙颗粒的基质，研究人员对不同性别和健康状况的主动脉瓣组织进行扫描电子显微镜（SEM）观察，确定了纳米颗粒的尺寸范围。随后，他们制备了含有 200 - 或 2000 - nm 直径 PS - NPs 的 PEG 水凝胶，并对水凝胶的存储模量、弹性模量等进行了表征，还用 SEM 和共聚焦成像确认了 PS - NPs 在水凝胶中的存在和分布。
3. 纳米颗粒水凝胶上的性别特异性肌成纤维细胞激活和成骨细胞样分化：研究人员从猪主动脉瓣组织中分离出 VICs，在 PS - NPs 水凝胶上进行培养。以 αSMA 应力纤维为肌成纤维细胞激活的标记，发现女性 VICs 在空白和 PS - NPs 水凝胶上的肌成纤维细胞激活水平均显著高于男性；而以转录因子 RUNX2 的核定位为成骨细胞样分化的标记，男性 VICs 在空白和大多数 PS - NPs 水凝胶条件下的 RUNX2 核定位水平显著高于女性，这表明男性和女性 VICs 对 PS - NPs 的反应存在性别特异性差异。
4. PS - NPs 水凝胶上的性别特异性甲基化和乙酰化状态：考虑到表观遗传修饰对细胞表型的重要影响，研究人员对 PS - NPs 水凝胶上培养的 VICs 进行了性别特异性表观遗传状态分析。结果显示，男性 VICs 在大多数水凝胶条件下的三甲基化水平低于女性，且存在剂量和 PS - NPs 尺寸依赖的变化；在乙酰化状态方面，男性 VICs 在大多数条件下的乙酰化水平显著高于女性，且只有较大尺寸的 PS - NPs 会影响男性 VICs 的乙酰化状态，这表明男性特异性表观遗传修饰可能调节其在 PS - NPs 水凝胶上的成骨细胞样分化。
5. UTY 在体内外调节男性特异性 VICs 表型：研究人员通过对人类 AVS 瓣膜组织的单细胞测序数据集分析，发现男性 VICs 中 UTY 的表达随疾病进展而降低，且不同 VICs 群体中 UTY 表达存在差异，而女性 VICs 中则检测不到 UTY 表达。在体外实验中，利用 siRNA 敲低 UTY 基因后，男性 VICs 的甲基化水平显著增加，而女性 VICs 不受影响，这表明 UTY 调节了男性特异性甲基化状态。
6. 转录组分析揭示猪 VICs 在 PS - NPs 水凝胶上 UTY 敲低后促成骨通路的上调：研究人员对猪 VICs 进行批量 mRNA 测序，发现男性 VICs 在 UTY 敲低后，差异表达基因（DEGs）的数量比女性更多。通路分析显示，男性 VICs 中 UTY 敲低与成骨细胞、软骨细胞相关通路以及白细胞介素 - 4、白细胞介素 - 13 和白细胞介素 - 17 信号通路等密切相关，而女性 VICs 则未显示出与成骨细胞直接相关的通路。通过与人类 AVS 单细胞测序数据集比较，还发现了一些在猪和人类中共同的与促成骨分化和钙稳态相关的基因，进一步验证了 PS - NPs 水凝胶系统在模拟体内 VICs 分化过程中的有效性。

综合以上研究结果，研究人员发现 Y 染色体上的 UTY 基因在男性 AVS 钙化过程中起着关键作用。UTY 通过调节男性 VICs 的甲基化状态，影响相关基因的表达，进而促进男性特异性的成骨细胞样分化，推动瓣膜钙化进程。这一发现不仅揭示了 AVS 性别差异的新机制，为理解 AVS 的发病过程提供了重要线索，也为开发针对男性 AVS 的非手术治疗策略提供了潜在的新靶点。然而，该研究也存在一些局限性，比如未能完全分离性激素印记和性染色体的影响，未考虑机械和生化信号的协同作用，培养时间较短以及使用的 PS - NPs 与生理相关性有待提高等。尽管如此，这项研究仍然为未来 AVS 的研究指明了方向，期待后续研究能够进一步深入探索机械刺激与性别特异性表观遗传调控之间的相互作用，为 AVS 的治疗带来新的突破。