IF:41.3《Circulation》广州医科大学徐益鸣团队:DAPK2通过磷酸化PKM2 T45促进湍流诱导的动脉粥样硬化
专栏:学术前沿
发布日期:2026-08-25
作者:创赛科研

OSS),可触发动脉内皮细胞的炎症激活,表现为粘附分子表达增加,促进免疫细胞局部募集。因此,动脉粥样硬化斑块优先在动脉分叉和弯曲处形成。然而,目前可药理学干预的分子靶点仍十分有限。死亡相关蛋白激酶2DAPK2)是一种丝氨酸/苏氨酸激酶,既往研究提示其在病变动脉中表达,但其在OSS诱导的内皮激活和动脉粥样硬化中的具体作用机制尚不清楚。丙酮酸激酶M2PKM2)是糖酵解关键酶,其四聚体/二聚体构象转换及核转位在炎症和代谢重编程中发挥重要作用,但PKM2OSS诱导的内皮激活中的贡献仍不明确。



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针对上述问题,广州医科大学徐益鸣团队联合国内外多家单位,通过整合公共数据库转录组分析、质谱鉴定、免疫共沉淀、邻近连接分析、RNA测序及多种基因修饰小鼠模型,系统阐明了OSS敏感型DAPK2-PKM2-STAT1信号轴在湍流诱导内皮炎症和动脉粥样硬化中的关键作用,并验证了DAPK2作为治疗靶点的可行性。该文章于2026年1月30日以DAPK2 Regulates PKM2 Phosphorylation at Threonine 45 to Facilitate Disturbed Flow-Induced Atherosclerosis为题发表于Circulation》(DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.125.075951)。

(1)促动脉粥样硬化湍流在体内外诱导内皮细胞DAPK2表达

为筛选OSS敏感的内皮调控因子,研究团队重分析了小鼠颈动脉部分结扎模型(GSE20741)的内皮 enriched mRNA 芯片数据,发现Dapk2是湍流区域(左颈动脉,LCA)相比层流区域(右颈动脉,RCA)最显著上调的基因之一,而经典的层流保护基因Klf2则显著下调(图1A)。公共RNA测序数据(GSE160611/GSE103672)进一步证实,人主动脉内皮细胞(HAECs)和人脐静脉内皮细胞(HUVECs)在OSS处理后DAPK2表达显著升高(图1B)。体外实验显示,OSS处理HUVECs和人颈动脉原代内皮细胞(HCAECs)可时间依赖性地上调DAPK2 mRNA和蛋白水平,而DAPK家族其他成员(DAPK1、DAPK3、DRAK1、DRAK2)无明显变化(图1C-D)。在Apoe-/-小鼠中,主动脉弓(OSS区域)的Dapk2、Vcam1和Icam1蛋白水平显著高于层流主导的降主动脉(DTA)(图1E)。免疫荧光染色显示,Apoe-/-小鼠主动脉弓小弯(LC)及C57BL/6小鼠主动脉弓分支处的内皮Dapk2表达显著高于大弯(层流区)(图1F-G)。通过小鼠部分颈动脉结扎模型诱导急性OSS,超声证实LCA出现反向湍流(图1H-I);术后2周,LCA内皮Dapk2和Vcam1表达显著高于RCA(图1J),免疫组化显示LCA内膜Dapk2特异性上调(图1K)。此外,对人颈动脉标本的分析表明,动脉粥样硬化病变内膜中DAPK2表达显著高于非病变血管(图1L)。


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图1. 促动脉粥样硬化湍流在体内外诱导内皮细胞中DAPK2表达。A,小鼠左/右颈动脉内皮mRNA芯片差异表达基因火山图(GSE20741)。B,人ECs在振荡剪切(OS)与脉动剪切(PS)下DAPK家族及相关基因表达的RNA-seq热图(GSE160611/GSE103672)。C,HUVECs在OSS或静态条件下DAPK1、DAPK2、DAPK3、DRAK1和DRAK2的mRNA水平(qPCR)。D,HUVECs在OSS或静态条件下DAPK2蛋白水平(Western blot)。E,Apoe-/-小鼠降主动脉(DTA)与主动脉弓(AA)中Vcam1、Icam1和Dapk2蛋白水平。F,Apoe-/-小鼠DTA与主动脉弓小弯(LC)内皮Dapk2免疫荧光及定量。G,C57BL/6小鼠主动脉弓横截面不同区域(①大弯层流区、②小弯OSS区、③分支OSS区)Dapk2免疫荧光。H,小鼠部分颈动脉结扎模型示意图。I,术前及术后7天颈动脉超声血流速度图。J,术后2周LCA与RCA内皮Dapk2免疫荧光(en face及横截面)及定量。K,术后2周LCA与RCA Dapk2免疫组化及定量。L,人颈动脉有/无动脉粥样硬化病变内膜DAPK2免疫荧光及H&E染色。比例尺:F为25 μm;G左为250 μm,右为50 μm;J为20 μm(en face)或10 μm(横截面);K为25 μm;L中H&E为1 mm,IF宽视野为100 μm,放大为50 μm。

(2)KLF2直接转录抑制DAPK2且抗动脉粥样硬化药物通过KLF2下调DAPK2

为探究DAPK2的上游调控机制,研究团队在HUVECs中过表达一系列血流敏感转录因子,发现KLF2和FOXP1显著抑制DAPK2 mRNA表达,其中KLF2抑制作用最强;而YAP1S127A则显著促进DAPK2表达(图2A)。KLF2敲低显著升高DAPK2 mRNA和蛋白水平,而过表达KLF2则相反(图2B-D)。层流剪切(LSS)下调DAPK2的效应在KLF2敲低后被部分逆转;反之,OSS诱导的DAPK2上调可被KLF2过表达显著抑制(图2E-F)。生物信息学分析显示人DAPK2启动子上游存在3个潜在KLF2结合位点(KBS1:-381/-370 bp;KBS2:-577/-566 bp;KBS3:-758/-747 bp)(图2G)。染色质免疫共沉淀(ChIP)证实KLF2特异性结合于KBS1,而不结合KBS2和KBS3(图2H)。荧光素酶报告基因实验表明,KLF2过表达显著抑制DAPK2启动子活性,而删除KBS1后该抑制作用消失(图2I)。鉴于他汀类药物和白藜芦醇(RSV)可上调KLF2,研究团队检测了它们对DAPK2的影响。辛伐他汀(SMV)、瑞舒伐他汀(RES)和白藜芦醇均显著下调DAPK2 mRNA水平及启动子活性(图2J-K);而KLF2敲低可消除这些药物对DAPK2的抑制作用(图2L),证实KLF2是介导药物抑制DAPK2所必需的。


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图2. 抗动脉粥样硬化药物通过KLF2抑制DAPK2表达。A,过表达N-SREBP2、YAP1S127A、HIF1α、NRF2、FOXP1和KLF2对HUVECs中DAPK2 mRNA的影响(qPCR)。B,KLF2 siRNA(siKLF2)转染后DAPK2和KLF2 mRNA水平。C-D,KLF2过表达(KLF2-OE)或敲低后DAPK2和KLF2的蛋白水平(Western blot)及定量。E,siKLF2转染的HUVECs在静态或LSS条件下DAPK2和KLF2 mRNA水平。F,KLF2-OE转染的HUVECs在静态或OSS条件下DAPK2和KLF2 mRNA水平。G,人DAPK2基因启动子区3个潜在KLF2结合位点(KBS)示意图。H,ChIP实验检测KLF2在DAPK2启动子KBS区的结合。I,荧光素酶报告基因实验检测KLF2-OE对DAPK2启动子(-566/TSS)及KBS1缺失突变体活性的影响。J,SMV、RES和RSV处理24小时后DAPK2和KLF2 mRNA水平。K,荧光素酶实验检测上述药物对DAPK2启动子(-2000/TSS)活性的影响。L,NC或siKLF2转染的HUVECs经SMV、RES或RSV处理后DAPK2 mRNA水平。

(3)DAPK2介导OSS诱导的内皮细胞激活且其激酶活性不可或缺

功能实验表明,DAPK2敲低显著降低静态及OSS条件下HUVECs中VCAM-1和ICAM-1的mRNA和蛋白水平;反之,DAPK2过表达则显著升高上述粘附分子,并放大OSS的诱导效应(图3A-D)。RNA测序及后续分析显示,DAPK2过表达显著富集于“流体剪切应力与动脉粥样硬化”、“NF-κB信号通路”和“TNFα信号通路”等(图3E-I)。单核细胞-内皮粘附实验证实,DAPK2敲低减少单核细胞粘附,而过表达则增加粘附(图3J-K)。为明确DAPK2激酶活性的必要性,研究团队利用腺病毒在HUVECs中表达野生型DAPK2(DAPK2WT)、激酶死突变体(DAPK2K52A)和组成性激活突变体(DAPK2CA)。结果显示,DAPK2WT和DAPK2CA显著促进OSS诱导的VCAM-1/ICAM-1表达,而DAPK2K52A则显著削弱该效应(图3L-O),表明DAPK2的促炎作用严格依赖其激酶活性。


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图3. DAPK2介导OSS诱导的内皮细胞激活。A-B,NC或DAPK2 shRNA(shDAPK2)转染的HUVECs在静态或OSS条件下VCAM1、ICAM1和DAPK2的蛋白(A)及mRNA(B)水平。C-D,Cont-OE或DAPK2过表达(DAPK2-OE)HUVECs中上述分子的蛋白(C)及mRNA(D)水平。E,DAPK2-OE与Cont-OE的PCA图。F,差异表达基因火山图。G,GO生物学过程富集分析。H,KEGG通路富集分析。I,GSEA分析显示“流体剪切应力与动脉粥样硬化”等通路富集。J-K,shDAPK2(J)或DAPK2-OE(K)HUVECs在静态或OSS条件下的单核细胞粘附实验及定量。L-M,FLAG-DAPK2WT或FLAG-DAPK2K52A转染的HUVECs在静态或OSS条件下VCAM1/ICAM1蛋白(L)及mRNA(M)水平。N-O,FLAG-DAPK2WT或FLAG-DAPK2CA转染的HUVECs中VCAM1/ICAM1蛋白(N)及mRNA(O)水平。

(4)内皮特异性DAPK2缺失减轻急性和慢性动脉粥样硬化

为验证DAPK2在体内的功能,研究团队构建了内皮特异性可诱导Dapk2敲除小鼠(Dapk2f/f Cdh5-CreERT2,简称Dapk2iECKO)。分离的Dapk2iECKO小鼠主动脉内皮细胞(MAECs)在OSS刺激下Vcam1和Icam1的上调显著减弱(图4A)。体内部分颈动脉结扎实验显示,Dapk2iECKO小鼠LCA内皮中OSS诱导的Vcam1和Icam1表达显著降低(图4B)。在急性动脉粥样硬化模型中(Dapk2iECKO/Apoe-/-小鼠部分颈动脉结扎+西方饮食),术后2周LCA内皮Vcam1显著降低;术后4周,斑块面积减少约56%,ORO和H&E染色显示脂质沉积和内膜增厚显著减轻(图4C-F)。在慢性西方饮食模型(3个月)中,Dapk2iECKO/Apoe-/-小鼠全主动脉、降主动脉和主动脉根部的斑块负荷均显著减少,且不影响体重和血脂水平(图4G-H)。为进一步验证激酶活性的必要性,研究团队向Dapk2iECKO/Apoe-/-小鼠LCA局部注射编码FLAG-Dapk2WT或FLAG-Dapk2K52A的腺病毒。结果显示,仅Dapk2WT能恢复Vcam1表达、脂质斑块形成和内膜增厚,而Dapk2K52A无此效应(图4I-L)。


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图4. DAPK2促进急性和慢性动脉粥样硬化。A,Dapk2WT和Dapk2iECKO小鼠MAECs在静态或OSS条件下Vcam1、Icam1和Dapk2蛋白水平。B,结扎2天后LCA与RCA内皮富集RNA中Vcam1和Icam1 mRNA水平。C,急性模型实验流程示意图。D,术后2周LCA内皮Vcam1免疫荧光及定量。E,术后4周动脉大体病变面积。F,LCA近端、中段、远端的ORO和H&E染色及脂质病变定量。G,3个月西方饮食后全主动脉en face ORO染色及斑块面积定量(全主动脉、降主动脉、主动脉弓)。H,主动脉根部H&E和ORO染色及斑块定量。I,激酶活性拯救实验流程。J,腺病毒注射后LCA内皮Vcam1免疫荧光。K,拯救实验大体病变面积。L,ORO染色及脂质病变定量。

(5)DAPK2与PKM2直接互作并促进其寡聚化及核转位

为寻找DAPK2的下游底物,研究团队对DAPK2过表达的HUVECs进行FLAG免疫沉淀-质谱(IP-MS)分析,鉴定出83个DAPK2特异性互作蛋白,其中PKM2肽段丰度排名第三(图5A)。结合RNA-seq的GO富集结果,提示PKM2可能是DAPK2的底物。Apoe-/-小鼠主动脉弓en face染色显示,OSS区域(小弯)内皮细胞的核PKM2比例显著高于层流区域(DTA)(图5B)。Co-IP、GST pulldown和邻近连接分析(PLA)证实了DAPK2与PKM2的直接物理互作(图5C-E)。亚细胞定位分析显示,OSS显著促进PKM2核转位,该效应在DAPK2敲低后显著减弱,而DAPK2过表达或组成性激活突变体则增强核转位(图5F-J)。凝胶过滤和戊二醛交联实验表明,DAPK2过表达或OSS刺激均促使PKM2从四聚体(~240 kDa)向二聚体/单体(~120/58 kDa)转换(图5K-L)。机制上,DAPK2WT(而非DAPK2K52A)增强了PKM2与核输入蛋白KPNA1(Importin α5)的互作;KPNA1敲低可阻断DAPK2诱导的PKM2核转位(图5M-N)。使用PKM2四聚体激活剂TP-1454处理可有效抑制OSS或DAPK2过表达诱导的PKM2核转位,并显著降低VCAM-1和ICAM-1的表达(图5O-R)。


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图5. DAPK2通过调控PKM2寡聚化和核转位促进OSS诱导的内皮激活。A,IP-MS鉴定PKM2为DAPK2结合蛋白及GO富集整合分析。B,Apoe-/-小鼠DTA与LC内皮核PKM2免疫荧光及定量。C,内源性Co-IP验证DAPK2-PKM2互作。D,GST pulldown实验。E,原位PLA检测HUVECs中DAPK2-PKM2互作(红色为PLA信号)。F,HUVECs在静态或OSS条件下PKM2亚细胞定位免疫荧光及核质荧光强度比。G,核质分离检测PKM2分布。H,活细胞成像追踪GFP-PKM2在OSS刺激后的核转位时程。I-J,shDAPK2对OSS诱导PKM2核转位的影响(IF及核质分离)。K,凝胶过滤分析DAPK2-OE后PKM2寡聚态分布。L,戊二醛交联检测PKM2四聚体、二聚体和单体比例。M,Co-IP检测PKM2与KPNA1的互作。N,siKPNA1对DAPK2-OE诱导PKM2核转位的影响。O-P,TP-1454预处理对OSS诱导VCAM1/ICAM1蛋白(O)及mRNA(P)的影响。Q-R,TP-1454对DAPK2-OE诱导VCAM1/ICAM1蛋白(Q)及mRNA(R)的影响。

(6)DAPK2磷酸化PKM2 Thr45并经由STAT1激活VCAM-1/ICAM-1转录

鉴于PKM2的寡聚态受翻译后修饰调控,研究团队进一步探究DAPK2是否直接磷酸化PKM2。免疫沉淀-PKM2后使用磷酸化丝氨酸/苏氨酸抗体检测显示,DAPK2WT过表达显著增加PKM2磷酸化,而DAPK2K52A无此效应(图6A)。体外激酶实验证实重组DAPK2可直接磷酸化重组PKM2(图6B)。无标记质谱鉴定出PKM2的Thr45为磷酸化位点,该位点在多物种间高度保守;分子对接显示PKM2 Thr45与DAPK2催化环存在强相互作用(图6C-D)。体外激酶实验进一步证实,DAPK2可磷酸化PKM2WT,但不能磷酸化PKM2T45A突变体(图6E)。功能上,OSS显著增加HUVECs中p-PKM2T45水平,该效应被DAPK2敲低消除;DAPK2WT剂量依赖性增加p-PKM2T45,而DAPK2K52A无效(图6F-I)。体内实验中,Apoe-/-小鼠主动脉弓小弯及人颈动脉病变内膜中p-PKM2T45水平显著升高,而内皮特异性Dapk2敲除可显著降低小鼠主动脉弓p-Pkm2T45(图6J-K)。凝胶过滤和交联实验表明,磷酸化拟态突变体PKM2T45E促进四聚体向二聚体/单体转换及核转位,而非磷酸化突变体PKM2T45A则阻断该过程(图6L-N)。PKM2T45E过表达增加VCAM-1/ICAM-1,PKM2T45A则显著削弱OSS诱导的粘附分子表达(图6O)。


转录因子富集分析显示STAT1是DAPK2过表达后最显著富集的靶点(图7A)。OSS诱导STAT1 Tyr701磷酸化(p-STAT1Y701),该效应被DAPK2敲低或激酶死突变削弱(图7B-E)。DAPK2与PKM2WT共表达显著增强STAT1报告基因活性,而PKM2T45A则废除该效应(图7F)。ChIP实验显示,DAPK2过表达促进STAT1和PKM2募集至VCAM-1启动子(-256/-245 bp)和ICAM-1启动子(-77/-66 bp)的STAT1反应元件(SRE);Re-ChIP证实STAT1与PKM2在同一启动子区域共占据(图7G-I)。荧光素酶实验表明,DAPK2增强VCAM-1/ICAM-1启动子活性依赖于PKM2WT及完整的SRE位点,PKM2T45A或SRE缺失均阻断该效应(图7J)。


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图6. DAPK2通过PKM2 Thr45磷酸化促进OSS诱导的内皮激活。A,PKM2免疫沉淀后磷酸化丝氨酸/苏氨酸检测。B,体外激酶实验(HIS-DAPK2 + GST-PKM2)。C,LC/MS鉴定PKM2 Thr45磷酸化肽段图谱及跨物种保守性分析。D,DAPK2与PKM2的分子对接。E,体外激酶实验验证PKM2WT与T45A突变体。F,静态或OSS条件下HUVECs p-PKM2T45水平。G,NC或shDAPK2 HUVECs中p-PKM2T45水平。H,梯度DAPK2-OE后p-PKM2T45水平。I,DAPK2WT或K52A转染后p-PKM2T45水平。J,Dapk2WT与Dapk2iECKO/Apoe-/-小鼠DTA与LC中p-Pkm2T45免疫荧光。K,人颈动脉病变与非病变内膜p-PKM2T45免疫荧光。L,PKM2WT/T45E/T45A的凝胶过滤分析。M,PKM2WT/T45E/T45A的戊二醛交联分析。N,PKM2WT/T45E/T45A的核质分离。O,PKM2WT或T45A转染HUVECs在静态或OSS下VCAM1/ICAM1 mRNA水平。


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图7. STAT1激活介导DAPK2-PKM2轴诱导的VCAM-1/ICAM-1上调。A,基于TRRUST数据库的转录因子富集分析。B,静态或OSS下HUVECs p-STAT1Y701水平。C,p-STAT1Y701免疫荧光。D,DAPK2WT或K52A转染后p-STAT1Y701水平。E,小鼠主动脉弓DTA与LC中p-Stat1Y701免疫荧光。F,STAT1报告基因荧光素酶实验。G,人VCAM1和ICAM1启动子区SRE位点示意图。H,ChIP检测STAT1和PKM2在VCAM1/ICAM1启动子SRE区的结合。I,Re-ChIP验证PKM2-STAT1复合物在启动子上的共占据。J,VCAM1/ICAM1启动子荧光素酶实验检测PKM2WT/T45A的影响。

(7)选择性DAPK2抑制剂DAPK-IN-2有效减轻内皮炎症和动脉粥样硬化

为评估DAPK2的靶向治疗潜力,研究团队筛选了选择性DAPK2抑制剂DAPK-IN-2。分子对接显示其结合于DAPK2的ATP结合口袋(对接评分:-7.4),ADP-Glo激酶实验测得IC50为5.209 ± 0.819 μM(图8A-C)。DAPK-IN-2在10 μM以内不影响HUVECs活力(图8D)。体外实验中,DAPK-IN-2(5-10 μM)显著抑制OSS诱导的VCAM-1/ICAM-1表达,并降低p-PKM2T45和p-STAT1Y701水平(图8E-G)。在体内急性模型中,Apoe-/-小鼠部分颈动脉结扎后给予DAPK-IN-2(10或20 mg/kg,隔日腹腔注射),术后2周LCA内皮Vcam1显著降低;术后4周,斑块面积、脂质沉积(ORO)和内膜增厚均显著减少(图8H-K)。在慢性西方饮食模型(2个月)中,DAPK-IN-2显著降低全主动脉、主动脉弓和主动脉根部的脂质斑块负荷,且不影响体重和血脂(图8L-M)。遗传学验证显示,在Dapk2iECKO/Apoe-/-小鼠中,DAPK-IN-2的抗动脉粥样硬化效应显著减弱,证实其靶点为内皮DAPK2。


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图8. DAPK2药理学抑制减轻OSS诱导的内皮炎症和动脉粥样硬化。A,DAPK-IN-2化学结构。B,DAPK-IN-2与DAPK2激酶域的分子对接。C,ADP-Glo激酶实验测定IC50。D,CCK-8检测不同浓度DAPK-IN-2处理后的细胞活力。E,DAPK-IN-2预处理对OSS诱导VCAM1/ICAM1蛋白的影响。F,DAPK-IN-2对p-STAT1Y701的影响。G,DAPK-IN-2对p-PKM2T45的影响。H,急性模型给药实验设计。I,术后2周LCA内皮Vcam1免疫荧光。J,术后4周大体病变面积。K,LCA的ORO染色及脂质病变定量。L,2个月西方饮食后全主动脉en face ORO及斑块定量。M,主动脉根部H&E和ORO染色及定量。

 研究小结 

本研究首次系统阐明了DAPK2在OSS诱导的内皮炎症和动脉粥样硬化中的核心作用,揭示了全新的OSS敏感型DAPK2-PKM2-STAT1信号轴。研究发现,OSS通过下调KLF2解除其对DAPK2的转录抑制,导致内皮DAPK2表达升高。活化的DAPK2直接磷酸化PKM2 Thr45位点,促使PKM2从代谢活性的四聚体转变为二聚体/单体,并经KPNA1介导发生核转位。核内PKM2与STAT1形成转录复合物,协同激活VCAM-1和ICAM-1的表达,驱动单核细胞粘附和动脉粥样硬化斑块形成。研究同时证实,他汀类药物和白藜芦醇可通过KLF2抑制DAPK2;而选择性DAPK2抑制剂DAPK-IN-2在急性和慢性动脉粥样硬化模型中均表现出显著的治疗潜力。此外,内皮特异性过表达磷酸化缺陷型PKM2T45A可显著减轻湍流诱导的动脉粥样硬化,进一步验证了该翻译后修饰的病理必要性。这些发现为理解血流动力学诱导的血管炎症提供了新机制,并将DAPK2和PKM2定位为动脉粥样硬化精准干预的潜在新靶点。

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