Piezo1/BHLHE40/SLC7A11轴：内皮细胞机械感应调控铁死亡与炎症的新机制

《Cell Death Discovery》：Endothelial mechanosensitive transcription factor BHLHE40 induced by Piezo1 suppresses endothelial ferroptosis and inflammation via SLC7A11

本研究揭示了血流剪切力通过激活内皮细胞机械敏感离子通道Piezo1，经Ca2+/calcineurin/NFAT2/HDAC1信号轴上调转录因子BHLHE40的表达，进而促进胱氨酸转运体SLC7A11转录，抑制内皮细胞铁死亡和炎症反应。该发现阐明了机械力信号转导维持血管稳态的新机制，为脓毒症、动脉粥样硬化等血管炎症性疾病提供了潜在治疗靶点。

　　

在人体这座精密的"生命之城"中，血管系统如同纵横交错的交通网络，而内皮细胞则是铺设在这些道路最内层的"智能路面"。它们不仅是一层被动的屏障，更是能够感知血流动力学变化的"智能传感器"。当血液流动时产生的剪切力作用于血管壁，内皮细胞通过一系列精密的机械信号转导机制，维持着血管的稳态平衡。然而，当这种力学环境发生异常——比如在动脉粥样硬化斑块的肩部（低剪切力区域）或脓毒症的微血管中——内皮细胞的功能就会发生紊乱，导致血管炎症反应加剧。

近年来，研究表明铁死亡（一种铁依赖性的程序性细胞死亡方式）与血管炎症之间存在密切的相互促进关系，形成恶性循环，在脓毒症肺水肿和动脉粥样硬化斑块不稳定等病理过程中发挥关键作用。尽管已知机械敏感离子通道Piezo1是内皮细胞感知流体剪切力的核心分子，但Piezo1如何将机械信号转化为转录重编程事件，进而调控内皮细胞铁死亡和炎症反应的具体分子通路，仍然是一个未解之谜。

为了解决这一科学问题，浙江大学医学院附属第一医院心血管外科郑奇、马亮、滕鹏团队在《Cell Death Discovery》上发表了一项创新性研究。他们发现了一个全新的机械信号转导通路：Piezo1/Ca²⁺/calcineurin/NFAT2-HDAC1/BHLHE40/SLC7A11轴，该轴通过转录调控机制维持内皮细胞稳态，为血管炎症性疾病的治疗提供了新的理论依据和潜在靶点。

研究人员综合运用了多种关键技术方法开展此项研究。在细胞模型方面，使用了人脐静脉内皮细胞（HUVECs）、小鼠脑微血管内皮细胞（MBMECs）和HeLa细胞；在动物模型方面，构建了内皮细胞特异性Piezo1敲除小鼠（End.Piezo1-KO）和通过AAV9病毒介导的内皮细胞特异性Bhlhe40过表达小鼠，并建立了LPS诱导的脓毒症模型。关键技术包括RNA测序、蛋白质印迹、实时定量PCR、免疫共沉淀、邻近连接实验、双荧光素酶报告基因检测、免疫荧光、透射电子显微镜、线粒体膜电位检测、活性氧检测、单核细胞黏附实验等。

剪切应力与Piezo1激活促进内皮细胞中BHLHE40的转录

研究人员首先通过转录组测序发现，Piezo1特异性激动剂Yoda1处理能够显著上调小鼠脑微血管内皮细胞中BHLHE40的表达。在人体内皮细胞中进一步验证表明，无论是Yoda1处理还是流体剪切力刺激，都能时间和剂量依赖性地增加BHLHE40的mRNA和蛋白水平。更重要的是，敲低Piezo1或在内皮细胞特异性Piezo1敲除小鼠中，剪切力诱导的BHLHE40上调被显著抑制，证明BHLHE40是Piezo1依赖的机械敏感转录因子。

内皮Piezo1通过Ca²⁺/calcineurin/NFAT2轴促进BHLHE40转录

机制研究表明，Piezo1激活引起的Ca²⁺内流是BHLHE40上调的关键第二信使。通过药理学抑制剂筛选，研究人员发现calcineurin（钙调神经磷酸酶）的特异性抑制剂FK506能够显著抑制Yoda1诱导的BHLHE40表达。进一步实验证实，NFAT2（活化T细胞核因子2）是calcineurin下游最关键的执行分子，Yoda1处理能够促进NFAT2核转位，且NFAT2直接结合BHLHE40启动子区的特异性 motif并驱动其转录。

HDAC1促进Piezo1/NFAT2介导的内皮细胞中BHLHE40反式激活

研究发现，组蛋白去乙酰化酶HDAC1参与调控Piezo1/NFAT2介导的BHLHE40转录激活。HDAC抑制剂abexinostat能够显著抑制Yoda1诱导的BHLHE40表达。免疫共沉淀和邻近连接实验证实，Yoda1处理增强了NFAT2与HDAC1之间的相互作用，且HDAC1的脱乙酰酶活性对于BHLHE40的转录激活至关重要。

RNA测序鉴定SLC7A11为内皮Piezo1/BHLHE40轴的下游靶点

通过RNA测序分析BHLHE40过表达和敲低的内皮细胞转录组，研究人员发现SLC7A11（溶质载体家族7成员11）是受BHLHE40调控最显著的基因之一。实验证实，Piezo1激活和流体剪切力均能上调SLC7A11表达，而这一效应依赖于BHLHE40。双荧光素酶报告基因实验证明，BHLHE40直接结合SLC7A11启动子区的特异性 motif并促进其转录。

BHLHE40通过上调SLC7A11减轻内皮细胞铁死亡

功能实验表明，铁死亡诱导剂Erastin处理能够降低BHLHE40和SLC7A11的表达，而BHLHE40过表达则能抵抗Erastin诱导的铁死亡，表现为线粒体形态改善、膜电位恢复、活性氧生成减少和脂质过氧化产物4-HNE积累下降。更重要的是，在BHLHE40过表达细胞中敲低SLC7A11，能够逆转BHLHE40提供的抗铁死亡保护作用，证明SLC7A11是BHLHE4发挥功能的关键下游效应分子。

SLC7A11过表达减轻BHLHE40敲低加剧的内皮炎症

BHLHE40敲低显著上调了IL-6、IL-1β、CXCL10、CCL5和ITGB1等炎症因子的表达，并增强单核细胞与内皮细胞的黏附。在LPS诱导的炎症模型中，BHLHE40敲低加剧了炎症反应，而SLC7A11过表达能够部分逆转这种促炎效应，表明BHLHE40至少部分通过SLC7A11发挥抗炎作用。

内皮特异性BHLHE40过表达减轻LPS诱导的脓毒症小鼠肺部炎症

在体实验表明，内皮特异性过表达Bhlhe40能够显著减轻LPS诱导的脓毒症小鼠肺部血管渗漏、中性粒细胞浸润、促炎细胞因子释放和肺水肿，同时降低血浆中脂质过氧化产物MDA（丙二醛）水平，证实了BHLHE40在体内的抗炎和抗铁死亡作用。

本研究首次揭示了BHLHE40作为内皮机械敏感转录因子的新功能，并阐明了一条完整的机械信号转导通路：Piezo1/Ca²⁺/calcineurin/NFAT2-HDAC1/BHLHE40/SLC7A11轴。该通路在转录水平上协调调控内皮细胞的铁死亡抵抗和炎症抑制功能，为理解机械力感知如何维持血管稳态提供了新的分子框架。

值得注意的是，BHLHE40在不同细胞类型中功能的差异性（如在巨噬细胞中发挥促炎作用）以及HDACs（组蛋白去乙酰化酶）在基因转录调控中的双重角色（既可作为抑制因子也可作为激活因子），提示针对该通路的治疗策略需要考虑细胞特异性。此外，Piezo1信号通路的调控结果具有环境依赖性，在生理性剪切力下可能优先激活保护性的CaN-NFAT2-BHLHE40-SLC7A11通路，而在病理条件下可能转向其他信号路径。

这项研究不仅深化了对血管生物学中机械转导机制的理解，也为治疗脓毒症、动脉粥样硬化等血管炎症性疾病提供了新的潜在靶点。未来研究需要在该通路的其他血管疾病模型中进行验证，并进一步阐明HDAC1与BHLHE40相互作用的分子细节，为临床转化奠定基础。