BMP9在血管稳态中的关键作用及其缺失导致动静脉畸形的机制研究

作者及机构
本研究由法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学的Agnes Desroches-Castan（第一作者兼通讯作者）、Dzenis Koca、Hequn Liu等团队主导，合作单位包括巴黎西岱大学等。研究成果发表于2024年3月的《Cardiovascular Research》期刊（DOI: 10.1093/cvr/cvae052）。

学术背景
BMP9（骨形态发生蛋白9）是TGF-β超家族成员，通过结合ALK1（激活素受体样激酶1）和Endoglin（内皮糖蛋白）受体调控血管稳态。这两种受体的突变与遗传性出血性毛细血管扩张症（HHT）相关。此前研究发现，129/Ola品系小鼠中BMP9缺失会导致自发性肝纤维化和肾脏病变，但其分子机制及多器官血管稳态的影响尚不明确。本研究旨在解析BMP9下游分子机制，明确其在肝脏及其他器官血管稳态中的作用。

研究流程与方法
1. 转录组分析（RNA-seq）
- 研究对象：从25-30周龄的野生型（WT）和BMP9敲除（KO）雌鼠中分离肝窦内皮细胞（LSEC），样本量每组5例（KO组剔除1例异常样本）。
- 方法：通过流式分选富集LSEC（CD31+/Endomucin+占比70%），直接提取RNA进行测序。使用Trimmomatic和STAR比对mm10基因组，DESeq2分析差异表达基因（DEGs），ClusterProfiler进行基因集富集分析（GSEA）。
- 创新点：首次针对BMP9缺失的LSEC进行全转录组分析，结合单细胞数据库（Kalucka et al.）验证内皮标志物变化。

1. 功能验证实验

   • 细胞周期与增殖：
     
     • Edu标记：注射Edu-647检测体内增殖，免疫荧光染色（ERG1/2标记内皮细胞），发现KO组内皮细胞增殖显著增加（p<0.01）。
       
     • RT-qPCR：验证细胞周期相关基因（如CCNE1、E2F2）上调。
       
   • 肾脏血管病变：
     
     • 组织学与电镜：Masson染色和透射电镜（TEM）显示KO小鼠肾小球毛细血管扩张、基底膜变薄（p<0.0001），足细胞足突减少。
       
     • 分子机制：分离肾小球内皮细胞，验证Angpt2、Tie2等基因表达下调。
       

2. 动静脉畸形（AVM）检测

   • ** latex blue灌注**：通过心脏灌注显影血管，发现KO小鼠肝、肠、子宫存在自发性AVM（野生型无此现象）。
     
   • 统计学：采用Mann-Whitney检验，血管直径差异显著（p<0.05）。

主要结果
1. 转录组发现：
- 鉴定2236个DEGs（KO vs WT），包括Notch通路（Notch1、DLL4）和内皮标志物（FLT4、HGF）下调。
- GSEA显示“肾小球发育”条目显著富集，提示BMP9影响肾脏血管化。

1. 肝脏表型：

   • LSEC毛细血管化标志物（如Stab1、Stab2）丢失，伴随细胞周期激活（Ki67+细胞增加2倍）。
     
   • BMP9刺激实验证实其直接调控HGF和CCNE1表达（p<0.01）。
     

2. 多器官AVM：

   • 首次在BMP9-KO小鼠中发现肝、胃肠道和子宫AVM，与HHT患者病变分布一致。
     

结论与意义
1. 科学价值：
- 揭示BMP9通过调控Notch通路和内皮分化标志物维持血管静止态，其缺失导致多器官AVM，为HHT发病机制提供直接证据。
- 提出BMP9-ALK1-Endoglin轴在跨器官血管稳态中的核心作用。

1. 应用潜力：
   
   • 129/Ola品系BMP9-KO小鼠可作为HHT药物筛选模型。
     
   • 靶向BMP9信号或可治疗血管畸形相关疾病。
     

研究亮点
1. 创新发现：首次证明BMP9单基因缺失足以诱导自发性AVM，突破既往需BMP9/BMP10双敲除的认知。
2. 技术方法：整合转录组、多器官灌注成像和超微结构分析，系统性解析血管病变机制。
3. 临床关联：为HHT2型（ALK1突变）患者肝AVM倾向性提供分子解释。

其他价值
- 发现子宫AVM这一未报道的HHT表型，拓展疾病谱认知。
- 强调遗传背景（129/Ola vs C57BL/6）对表型的影响，提示修饰基因的存在。

（注：全文基于原文数据，术语如“LSEC”（肝窦内皮细胞）、“AVM”（动静脉畸形）等首次出现时标注英文原词。）