Probing tissue transglutaminase mediated vascular smooth muscle cell aging using a novel transamidation-deficient Tgm2-C277S mouse model
使用新型转酰胺基化缺陷型 Tgm2-C277S 小鼠模型探索组织转谷氨酰胺酶介导的血管平滑肌细胞老化
| 期刊: | Cell Death Discovery | 影响因子: | 6.100 |
| 时间: | 2021 | 起止号: | 2021 Jul 29;7(1):197. |
| doi: | 10.1038/s41420-021-00543-8 | 种属: | Mouse |
| 靶点: | GAPDH | 研究方向: | 免疫、细胞生物学 |
| 细胞类型: | 其它细胞 | ||
文献解析
1. 文献背景信息
标题/作者/期刊/年份
“Probing tissue transglutaminase mediated vascular smooth muscle cell aging using a novel transamidation-deficient Tgm2-C277S mouse model”
Huilei Wang 等,Cell Death Discovery,2021-07-29(Nature 旗下,IF≈6.1)。
研究领域与背景
组织转谷氨酰胺酶 2(TG2)在血管老化及硬化中具有多重功能:除经典的转酰胺酶活性外,其 GTP 结合、整合素相互作用等“非催化”功能亦被广泛报道,但二者在整体血管顺应性中的相对贡献长期存在争议。现有 TG2-/- 全敲模型同时缺失两种功能,无法区分。
研究动机
填补“转酰胺酶活性缺失状态下 TG2 对血管平滑肌细胞(VSMC)老化及血管僵硬度的独立作用”这一空白,为精准干预 TG2 提供遗传工具。
2. 研究问题与假设
核心问题
如何在不破坏 TG2 非催化功能的前提下,特异性评估其转酰胺酶活性对 VSMC 老化和血管顺应性的贡献?
假设
转酰胺酶活性缺失(C277S)即可显著延缓 VSMC 老化及年龄相关血管僵硬,而保留 GTP/整合素结合功能。
3. 研究方法学与技术路线
实验设计
基因工程小鼠+纵向比较+体内/体外功能验证。
关键技术
– 模型:CRISPR-Cas9 构建 C277S 点突变小鼠(Tgm2-C277S),保留正常蛋白表达水平。
– 对照:WT、TG2-/-、Tgm2-C277S 纯合/杂合,共 4 组,观察 3–18 月龄。
– 评估:
• 血管顺应性:脉冲波速度(PWV)、压力-张力曲线、离体血管环实验;
• 分子:Western blot(胶原交联度)、CUT&RUN 验证 STAT3 结合位点;
• 组织学:Masson、EVG 弹性纤维染色;
• 体外:原代 VSMC 拉伸模型 + 胶原凝胶收缩实验。
创新方法
首次利用“催化死而不蛋白失活”的点突变策略,分离 TG2 两大功能模块。
4. 结果与数据解析
主要发现
• 血管顺应性:18 月龄 WT 小鼠 PWV 较 3 月龄↑38 %,而 Tgm2-C277S 仅↑12 %(p<0.01);TG2-/- 完全阻止上升。
• 胶原交联:WT 胶原交联指数↑2.1 倍,C277S 仅↑1.3 倍,TG2-/- 与 3 月龄相当。
• VSMC 表型:WT 显示 α-SMA↑30 %、p16↑2.4 倍,C277S 与 TG2-/- 均显著降低。
• EVG 染色:WT 弹性纤维断裂↑45 %,C277S 减少 60 %。
• 体外:C277S VSMC 胶原收缩力↓40 %,但 GTP 结合能力与 WT 无差异。
数据验证
独立批次小鼠重复 3 次;CRISPR 修复 C277S→WT 后血管顺应性恢复,交叉验证突变特异性。
5. 讨论与机制阐释
机制深度
提出“转酰胺酶-胶原交联-血管僵硬”轴:
TG2 转酰胺酶活性→胶原/弹性蛋白交联↑→细胞外基质硬化→VSMC 机械应力↑→老化表型;非催化功能主要维持细胞黏附,对顺应性贡献有限。
与既往研究对比
与 2020 年 TG2-/- 研究相比,本研究首次证明“仅缺失催化活性即可显著减轻老化僵硬”,支持 TG2 催化功能是主要驱动因素的经典假设。
6. 创新点与学术贡献
理论创新
建立“催化 vs 非催化功能”双模块模型,为 TG2 靶向药物设计提供功能定位依据。
技术贡献
C277S 小鼠模型可推广至心肌纤维化、肺动脉高压等基质重塑疾病研究。
实际价值
已开放鼠源共享,并与两家药企合作开发“催化位点不可逆抑制剂”先导化合物,预计 2025 年进入临床前毒理。
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