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动脉粥样硬化是全球范围内导致多种心血管疾病的主要原因，严重威胁人类健康。为探究其发病机制，研究人员开展了 “Phosphorylation of endothelial histone H3.3 serine 31 by PKN1 links flow-induced signaling to proatherogenic gene expression” 的研究。结果发现 PKN1 可磷酸化内皮组蛋白 H3.3 丝氨酸 31，促进炎症基因表达。这一发现为防治动脉粥样硬化提供了新靶点。
在心血管疾病的庞大版图中，动脉粥样硬化（Atherosclerosis）宛如一颗 “定时炸弹”，悄无声息地威胁着人们的健康。它是心肌梗死、缺血性中风和外周动脉疾病的主要诱因，在全球范围内，因其引发的疾病负担沉重，导致大量人口患病甚至失去生命。
目前，虽然已知肥胖、糖尿病、高血压等全身性风险因素与动脉粥样硬化紧密相关，但局部动脉微环境对其发生发展的影响同样不可小觑。尤其是在动脉中，不同的血流模式对动脉粥样硬化的进程起着关键作用。在血管弯曲、分叉或分支点等区域，血液流动受到干扰（disturbed flow），这些地方往往是动脉粥样硬化病变的 “高发区”；而在高层流（high laminar flow）区域，动脉粥样硬化的发生则相对滞后或程度较轻。然而，一直以来，血流紊乱诱导内皮细胞炎症的具体机制却如同迷雾，困扰着科研人员。为了揭开这层神秘的面纱，来自德国马克斯?普朗克心肺研究所（Max Planck Institute for Heart and Lung Research）等机构的研究人员勇挑重担，开展了深入的研究。他们的研究成果发表在《Nature Cardiovascular Research》杂志上，为我们理解动脉粥样硬化的发病机制带来了新的曙光。
研究人员运用了多种技术方法来深入探究这一复杂的机制。在细胞和动物实验方面，他们培养了人脐动脉内皮细胞（HUAECs）、骨髓来源的巨噬细胞（BMDMs）等多种细胞，并构建了多种基因敲除小鼠模型，如内皮特异性 PKN1 缺失小鼠（EC-Pkn1-KO）和整合素 α5 缺失小鼠（EC-Itga5-KO）等，以观察不同基因变化对细胞和动物生理状态的影响。在分子检测技术上，采用了 ATAC-seq（转座酶可及染色质测序技术，用于分析染色质可及性）、RNA-seq（RNA 测序技术，检测基因表达水平）、ChIP（染色质免疫沉淀技术，研究蛋白质与 DNA 的相互作用）等实验方法，从多个层面解析基因表达调控的机制。
研究结果如下：
- 血流紊乱诱导 FOS/FOSB 表达与内皮炎症：通过 ATAC-seq 分析，研究人员发现血流紊乱可使内皮细胞染色质可及性发生变化，大量基因组区域在血流暴露后变得更加开放。转录因子基序分析显示，AP-1 转录因子家族的基序在这些区域高度富集。进一步研究发现，FOS 和 FOSB 在血流紊乱刺激后表达显著增加，且敲低 FOS 或 FOSB 会抑制炎症基因的表达。这表明 FOS/FOSB 的诱导表达是血流紊乱诱导炎症基因表达所必需的。
- PKN1 介导血流紊乱诱导的 FOS/FOSB 表达：研究人员通过 siRNA 介导的激酶敲低实验，筛选出 PKN1 是在血流紊乱诱导 FOS/FOSB 表达中起关键作用的激酶。敲低 PKN1 不仅抑制了 FOS/FOSB 的表达，还影响了 JUN 的磷酸化和 AP-1 转录因子的结合。同时，过表达组成型激活的 PKN1 可增加炎症基因表达，且这种作用依赖于 FOS/FOSB。这一系列实验表明 PKN1 特异性介导了血流紊乱诱导的 JUN 磷酸化以及 FOS 和 FOSB 的表达，进而影响炎症基因的表达。
- 血流紊乱通过整合素 α5β1 激活 PKN1：研究发现，血流紊乱可诱导 PKN1 在苏氨酸 774 位点磷酸化，使其激活，且这种激活具有时间依赖性和特异性，PKN2 则不被激活。进一步研究表明，PKN1 的激活依赖于整合素 α5β1，阻断整合素 α5β1 可抑制 PKN1 的磷酸化和 FOS/FOSB 的表达。此外，血流紊乱还可诱导 PKN1 向细胞核转位，且这种转位也依赖于整合素 α5β1。在体内实验中，研究人员发现主动脉弓内曲率处内皮细胞中磷酸化 PKN1 的比例增加，而在整合素 α5 缺陷小鼠中，这种增加现象消失，且内皮细胞炎症标志物 VCAM1 的表达与磷酸化 PKN1 的核定位相关。这些结果表明，血流紊乱通过整合素 α5β1 激活并诱导 PKN1 核转位。
- PKN1 磷酸化 H3.3S31 促进 FOS/FOSB 表达：由于 PKN1 在血流紊乱刺激后会转位到细胞核，且已知其可磷酸化组蛋白 H3，研究人员推测其可能影响组蛋白修饰。实验发现，血流紊乱可诱导组蛋白 H3 在多个位点磷酸化，其中 H3.3 丝氨酸 31（H3.3S31）的磷酸化在 30 分钟内显著增加，且该磷酸化依赖于 PKN1。通过表达 H3.3 的磷酸化位点突变体，研究人员发现只有 H3.3 (S31A) 突变体可抑制血流紊乱诱导的 VCAM1、SELE 以及 FOS 和 FOSB 的表达，表明 H3.3S31 磷酸化对炎症基因和 FOS/FOSB 表达至关重要。体外实验证实 PKN1 可直接磷酸化 H3.3S31，且在体内，主动脉弓内曲率等区域 H3.3S31 磷酸化增加，而在 PKN1 缺陷小鼠中该磷酸化水平降低。表达 H3.3 (S31A) 可减少体内内皮细胞 VCAM1 表达，减轻炎症和内膜增生。
- PKN1 诱导 FOS/FOSB 表达涉及 EP300 和 SETD2：已知 H3.3S31 磷酸化可促进基因转录，研究人员进一步探究其机制。实验发现，血流紊乱可增加 H3K27 乙酰化和 H3K36 三甲基化，且这两种修饰均依赖于 PKN1 和 H3.3S31 磷酸化。ChIP 实验表明，PKN1 介导的 H3.3S31 磷酸化可导致 FOS 和 FOSB 基因启动子区域 H3K27 乙酰化以及基因体区域 H3K36 三甲基化增加。敲低 EP300 或 SETD2 可阻断这些修饰，抑制 FOS/FOSB 和炎症基因的表达。这表明 PKN1 通过激活 p300（EP300）和 SETD2，促进 H3K27 乙酰化和 H3K36 三甲基化，从而增加 FOS/FOSB 表达。
- PKN1 介导内皮炎症和动脉粥样硬化：在体内实验中，研究人员发现内皮特异性 PKN1 缺失的小鼠，其主动脉弓内、外曲率处内皮细胞中 VCAM1 和 SELE 蛋白水平降低。部分颈动脉结扎实验表明，PKN1 缺失可减少术后内皮细胞中 H3.3S31 磷酸化、H3K27 乙酰化和 H3K36 三甲基化，抑制 Fos 和 Fosb 表达，减轻血管重塑和内皮炎症。喂食高脂饮食后，PKN1 缺失小鼠的主动脉、头臂动脉和流出道的动脉粥样硬化斑块大小明显减小。
- PKN1 在巨噬细胞中磷酸化 H3.3S31：研究人员还发现，在巨噬细胞中，PKN1 同样参与了 H3.3S31 的磷酸化过程。在人单核细胞 THP-1 和小鼠 BMDMs 中，敲低 PKN1 可抑制脂多糖（LPS）诱导的 H3.3S31 磷酸化和炎症基因表达。这表明 PKN1 介导的 H3.3S31 磷酸化在不同细胞类型中可能是一种普遍的调控机制。
综上所述，该研究揭示了一种全新的信号通路：血流紊乱通过整合素 α5β1 激活 PKN1，PKN1 磷酸化组蛋白 H3.3S31，进而诱导 FOS/FOSB 表达，最终促进炎症基因表达和血管炎症。这一发现不仅为我们理解动脉粥样硬化的发病机制提供了新的视角，还为开发治疗动脉粥样硬化的新策略提供了潜在的靶点。未来，基于这一研究成果，有望开发出更具针对性的药物，精准干预动脉粥样硬化的发生发展，为心血管疾病的防治带来新的希望。
