Lysyl-tRNA 合成酶 1（KARS1）：血管疾病中的新 “反派”，揭示动脉粥样硬化新机制

《Scientific Reports》：Lysyl-tRNA synthetase 1 promotes atherogenesis via autophagy-related secretion and inflammation

为探究 KARS1 在血管生物学中的作用及分泌机制，研究人员开展了相关研究。结果发现，振荡剪切应力（OSS）上调 KARS1 表达，血清饥饿和 Ca2+诱导其分泌，分泌的 KARS1 抑制信号分子激活，促进炎症，影响血管直径。该研究为血管疾病研究提供新方向。

　　在人体的血管系统中，就像有一支精密运转的 “护卫队”，维持着血管的健康。其中，剪切应力分为层流剪切应力（Laminar shear stress，LSS）和振荡剪切应力（Oscillatory shear stress，OSS），LSS 如同温和的指令，激活细胞的健康信号通路，对血管起着保护作用；而 OSS 却像是捣乱分子，与动脉粥样硬化的发生紧密相关。Lysyl-tRNA 合成酶 1（KARS1）作为一种氨基酸酰基 - tRNA 合成酶，以往的研究发现它在多种细胞过程中有着神秘的功能，可在血管系统中，它的角色却一直模糊不清。

一方面，虽然已知 KARS1 能作为分泌性促炎因子，但它在血管中的分泌机制以及具体功能尚未明确。另一方面，LSS 和 OSS 对血管的影响虽有研究，但它们诱导的信号分子激活如何影响血管活动和疾病，仍缺乏足够的数据。因此，为了揭开这些谜团，韩国檀国大学（Dankook University）等机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员运用了多种关键技术方法。在细胞实验方面，通过细胞培养技术获取牛主动脉内皮细胞（BAECs）、小鼠主动脉内皮细胞（MAECs）和大鼠主动脉平滑肌细胞（RAoSMCs） 。利用定量实时聚合酶链反应（qPCR）检测基因表达水平，蛋白质免疫印迹（Western blotting）分析蛋白表达和磷酸化水平。采用超速离心、蔗糖密度梯度离心等技术分离外泌体和进行蛋白组分分析。在动物实验方面，选用载脂蛋白 E 基因敲除（ApoE^KO）小鼠构建体内模型，运用免疫组化染色、en face 染色等技术观察 KARS1 表达，测量颈动脉几何形态。

KARS1 表达受 OSS 增强

研究人员首先构建了体内 OSS 模型，对 ApoE^KO小鼠的左颈动脉进行部分结扎，诱导产生类似 OSS 的血流状态。结果发现，在受影响的左颈动脉中，KARS1 的 mRNA 和蛋白质水平显著上调，且出现明显的动脉粥样瘤。在体外实验中，对 BAECs 和 MAECs 进行不同处理，发现随着 OSS 处理时间的延长，KARS1 的 mRNA 表达逐渐增加，而 LSS 处理则没有引起明显变化。这表明，在动脉粥样硬化刺激下，血管系统中 KARS1 会出现过表达。

血清饥饿和细胞内 Ca²⁺诱导内皮细胞分泌 KARS1

为探究 KARS1 的分泌机制，研究人员用多种内皮调节因子处理 BAECs，发现血清饥饿能诱导 KARS1 分泌。进一步研究发现，细胞内 Ca²⁺也能促进 KARS1 分泌，且这种分泌与胞吐作用无关。KARS1 过表达会改变自噬相关信号蛋白中 AMP 激活蛋白激酶（AMPK）和磷脂酰肌醇 3 - 激酶（PI3K）的磷酸化水平，其中 PI3K 的去磷酸化与 KARS1 分泌密切相关。

异位过表达的 KARS1 与外泌体相关联分泌

研究人员通过多种方法制备外泌体，发现血清饥饿时，KARS1 的分泌与外泌体相关，且 A23187 能增加 KARS1 和外泌体标记物 CD63 的分泌。蔗糖梯度分离实验表明，分泌的 KARS1 存在于含有 CD63 的组分中。通过共免疫沉淀实验推测，KARS1 可能暴露在外泌体表面，与外泌体形成复合物但不插入其中。

KARS1 通过自噬分泌

研究人员将携带 KARS1 - 红色荧光蛋白（KARS1 - RFP）的载体转染到 BAECs 中，用自噬抑制剂巴弗洛霉素 A1（Baf A1）和氯喹（CQ）处理细胞。结果显示，A23187 处理后，胞质中 KARS1 - RFP 水平下降，细胞外水平上升，而自噬抑制剂能逆转这一过程。同时，KARS1 - RFP 与自噬体标记物微管相关蛋白 1A/1B 轻链 3B（GFP - LC3）共定位，且 KARS1 相关的自噬体在与溶酶体融合前减少。这表明，过表达的 KARS1 由未与溶酶体融合的自噬体分泌。

降解性自噬通过溶酶体融合降解自噬体内的 KARS1，减少其分泌

研究人员发现，敲除小窝蛋白 - 1（Caveolin - 1，Cav - 1）会增强自噬，但 KARS1 在 Cav - 1 敲除（Cav - 1^KO）的 MAECs 中分泌减少，且在细胞内降解更快，更多地定位在溶酶体中。这说明在 Cav - 1^KO细胞中，高自噬水平导致 KARS1 快速降解，而非分泌到细胞外。

KARS1 抑制 LSS 诱导的细胞信号传导和 NO 生成，促进炎症

研究人员用含有 KARS1 的外泌体预处理 BAECs，再给予 LSS 刺激，发现 KARS1 抑制了 LSS 诱导的细胞外信号调节激酶（ERK）激活。使用重组 KARS1 进一步研究发现，它能剂量依赖性地抑制 LSS 诱导的 ERK、蛋白激酶 B（AKT）和内皮型一氧化氮合酶（eNOS）激活，且抑制 eNOS 激活导致 LSS 诱导的 NO 生成减少。此外，KARS1 还能促进促炎细胞因子白细胞介素（IL） - 1β 和 IL - 6 的产生，增强白细胞与内皮细胞的黏附及趋化激活，诱导 BAECs 凋亡，促进平滑肌细胞增殖。

KARS1 减小颈动脉直径

研究人员给 ApoE^KO小鼠每周尾静脉注射 KARS1 或磷酸盐缓冲液（PBS），持续三周后对颈动脉进行染色和测量。结果显示，注射 KARS1 的小鼠颈动脉周长和直径显著小于注射 PBS 的小鼠，而颈动脉中膜厚度无明显差异。这表明 KARS1 通过抑制 LSS 诱导的血管内皮功能，诱导血管重塑。

综上所述，该研究揭示了 KARS1 在血管生理和病理过程中的重要作用。KARS1 受 OSS 诱导过表达，在 Ca²⁺和自噬刺激下分泌，分泌的 KARS1 通过抑制 LSS 诱导的 NO 生成、影响细胞凋亡和增殖等，在动脉粥样硬化的发生发展中发挥重要作用。这一研究为理解血管疾病的发病机制提供了新视角，也为开发潜在的治疗策略提供了理论依据，未来可进一步针对 KARS1 开展深入研究，探索其作为治疗靶点的可能性。