Cell Reports：宋江平/税光厚合作解码人类主动脉衰老的分子调控网络

人类主动脉的蛋白质脂质组学时序分析揭示了发育与衰老过程中阶段特异性的脂质-蛋白质模块

2026年7月，中国医学科学院阜外医院、广州国家实验室、中科脂典、广州医科大学附属肿瘤医院等单位的相关研究人员在《Cell Reports》（IF：7.7）上发表了题为“Time-resolved proteolipidomics of the human aorta identifies stage-specific lipid-protein modules across development and aging”的研究论文，揭示了出生后主动脉内单唾液酸二己糖神经节苷脂（GM3）的积累可维持由质膜钙ATP酶1（PMCA1）调控的钙稳态，从而防止血管平滑肌细胞（VSMCs）的病理性表型转变。老年期主动脉GM3的减少可能破坏这一保护调控机制增加患病易感性。

亮点概述：

构建了人类主动脉的全生命周期蛋白脂质组图谱。
出生后GM3的积累通过PMCA1维持钙稳态。
衰老VSMCs中GM3的缺失驱动了病理性的表型转变。
老年主动脉表现出从成人型到胎儿型的代谢逆转现象及GM3水平降低。

研究背景：

主动脉是人体内最大的动脉，在血液循环过程中发挥重要的缓冲作用。主动脉在整个生命周期中持续发生重塑。弹性层在中年时开始解体，并被不可扩张的胶原纤维所取代，最终导致老年人主动脉阻抗升高，引发多种不良临床后果。主动脉僵硬度随年龄增长而增加，既归因于细胞外基质（ECM）成分的改变，也源于构成主动脉壁的主要细胞群——VSMCs的内在变化。尽管已有研究揭示了主动脉衰老的特征，但大多基于动物模型，人体证据有限。

在衰老过程中可观察到主动脉蛋白质和脂质的显著紊乱，并与心血管疾病（CVDs）风险增加相关。然而既往发现受限于样本量小以及未能完整覆盖人体全生命周期的衰老进程。除衰老外，超负荷心脏在外界应激刺激下也会出现代谢程序向胎儿阶段逆转的现象。因此，对比胚胎期与出生后主动脉的表型变化有助于揭示具有病理相关性的分子标志物。基于此，该研究采用时序多组学方法，对主动脉发育、成熟及衰老过程中的动态变化进行了系统分析。

研究结果：

为研究主动脉脂质组和蛋白质组在整个生命周期中的动态变化，研究人员收集了13至39孕周无先天缺陷的胚胎主动脉组织（n=39），以及9至68岁无病变的心脏移植患者主动脉组织（n=51），样本按发育阶段分为孕中期、孕晚期、青年、中年、老年五个阶段。采用集成化样本处理流程从同一组织样本中提取蛋白质和脂质用于分析。通过数据非依赖性采集（DIA）鉴定出超过6,159种蛋白质，采用多反应监测（MRM）检测并定量了29个主要脂质类别的876种脂质物质。脂质组学显示主动脉磷脂与鞘脂含量在整个生命周期中呈现相反趋势。孕中期主动脉组织整体脂质协同调控的和弦图显示，磷脂酰胆碱（PCs）与磷脂酰乙醇胺（PEs）之间存在强烈的协同调控关系，该关系在衰老主动脉中减弱；而PCs与鞘磷脂（SM）之间的协同调控则增强，表明酰基底物更倾向于参与鞘脂生物合成而非磷脂合成。

人类主动脉的脂质组学与蛋白质组学整合研究

出生后胎盘循环系统的消失会引发显著的血流动力学波动，从而调控出生后主动脉的生长与发育。与产前主动脉组织相比，出生后主动脉组织中有2,765种蛋白质（1,127种上调、1,638种下调）和791种脂质（438种上调、353种下调）发生显著变化。富集分析显示，“蛋白酶体降解”和“补体及凝血级联反应”是支撑出生过渡期转变的关键调控通路。蛋白质-脂质相关性网络分析结果显示，蛋白酶体通路相关网络的核心为组蛋白H2AZ，并与多种多不饱和磷脂酰乙醇胺（PUFA-PEs）以及多不饱和磷脂酰胆碱（PUFA-PCs）均呈正相关。这些PUFA-PEs和PUFA-PCs还与26S蛋白酶体中众多调控亚基的水平显著相关。PUFA-PCs也是在出生后显著降低的脂质种类之一，这表明主动脉组蛋白的蛋白酶体降解过程发生了改变，这正是出生转变的基础。此外，组蛋白H3.3逐渐累积而其他组蛋白变异体减少，组蛋白甲基转移酶SETD7则升高。在补体及凝血级联反应相关互作网络中，抗凝血酶Ⅲ构成核心枢纽，与多种PC、PE呈负相关，簇蛋白则与多种胆固醇酯（CE）的含量呈正相关。

胚胎期与出生后主动脉蛋白质组及脂质组的比较分析

接下来，研究人员利用Mfuzz时序分析研究了主动脉蛋白质组和脂质组在整个生命周期中的时间动态变化。分析显示第5聚类群包含的蛋白质和脂质，其表达量在胚胎发育期间逐渐下降，出生后持续上升，但在60岁后再次下降。支链氨基酸（BCAA）分解代谢是其中显著富集的通路之一，关键酶线粒体支链氨基酸氨基转移酶BCAT2与GM3、磷脂酰丝氨酸（PS）等各类脂质也富集于该聚类。提示第5聚类分子在老年阶段均表现出向胎儿代谢模式的逆转。在中老年主动脉中，mTOR蛋白表达升高、平滑肌收缩表型标志物平滑肌蛋白降低，这与既往研究心血管病中mTOR复合物过度激活、BCAA分解代谢障碍介导VSMCs发生表型转换的机制相符。

第6聚类群包含的蛋白质和脂质其内源性含量随年龄增长呈线性下降。“矿物质吸收”以及“内分泌及其他因子调控的钙重吸收”是该聚类蛋白质的关键通路，显示了异常血管钙化现象，这正是人类主动脉衰老的典型特征。进一步对出生后样本构建的脂质-蛋白网络显示，质膜钙转运ATP酶PMCA1和PMCA4为协同调控网络的核心节点，其蛋白水平随年龄逐渐降低，并与多种GM3和SM脂质呈显著负相关。研究人员推断主动脉鞘脂（尤其是GM3和SM）水平的升高与钙稳态的局部调节存在功能关联，这可能影响主动脉的整体衰老过程。

第7聚类群由随年龄增长呈线性升高的蛋白和脂质组成，其富集的代表通路为“补体与凝血级联反应”通路。在基于出生后主动脉样本构建的蛋白-脂质共调控网络中。多种鞘脂与玻连蛋白、纤溶酶原激活物抑制剂（PAI）、整合素α-V呈正相关共调控且同步升高，表明老年主动脉中鞘脂重塑可能参与了血管平滑肌细胞迁移的紊乱。

主动脉脂质组和蛋白质组随年龄变化的相关性

神经节苷脂因两亲性优先与钙离子形成复合物，并参与维持细胞钙稳态。研究人员探究了主动脉中的GM3神经节苷脂是否参与调节VSMC钙稳态，从而影响衰老主动脉的整体钙化过程。结果显示健康主动脉中GM3合成酶ST3GAL5的表达随年龄增长升高，而介导平滑肌细胞钙外流的PMCA1则随年龄下降，但在钙化患者中两者表达均显著降低。为明确主动脉钙化与ST3GAL5、PMCA1表达之间的因果关系，研究人员构建了VSMC衰老体外模型。结果表明，ST3GAL5与PMCA1的表达可保护衰老的VSMCs免受钙化损伤。该结果与研究人员假说相符：随年龄增长ST3GAL5表达升高，是机体对抗主动脉钙化的一种代偿性适应反应。GM3水平的升高可能在维持衰老主动脉中PMCA1的活性方面发挥作用，从而促进衰老VSMCs中钙的排出，并减轻与衰老相关的主动脉钙化。