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Nature:缺失重要转录因子让血管“疯长”

来源:生物谷 2016-01-21 10:23

2016年1月21日讯 /生物谷BIOON/ --血管在动物整个生命过程中都扮演着重要角色。血管生长决定着器官是否能够在胚胎发育阶段及时得到营养供应,到了成年阶段,新血管的发育在血管修复和再生过程中发挥重要作用,血管生长过程的紊乱是癌症,糖尿病以及眼部疾病发展的重要因素。

最近来自德国的科学家发现血管内皮细胞的生长能够通过代谢机制进行调控,这项研究成果或成为许多疾病治疗的重要基础。

人们经常将血管比喻成水管:为器官提供氧气和营养成分的管道系统;但是这种类比存在一个严重缺陷。与水管不同,血管网络不是一个一成不变的静态网络系统,与之相反,血管系统具有高度的复杂性和动态性——血管能够根据不同组织器官的需要进行快速变化提供充足的氧气和营养成分。如果器官持续处于缺氧状态,就会刺激新血管的生成。在这一过程中,血管内皮细胞发挥着重要作用。

在这项最新研究中,研究人员发现转录因子FOXO1参与了血管生长过程,它能够协调细胞分裂与代谢过程。他们发现当敲除小鼠内皮细胞内的FOXO1,内皮细胞的生长就会发生失控,而激活该分子则会减慢血管生长。

在与欧洲和美国的科学家们合作之后,他们还对其中的机制进行了进一步探究。证据表明FOXO1能够减缓内皮细胞的代谢和细胞分裂,在正常的生理状态下,FOXO1能够防止细胞分裂出现失控,保护血管发挥正常功能。

FOXO1分子的重要性还体现在该分子在进化过程中的高度保守性。研究人员发现该分子存在于许多物种的大多数细胞类型中,他们认为内皮细胞的特殊代谢环境决定了FOXO1发挥非常重要的作用:这些细胞要直接接触氧气和营养成分,因此对细胞代谢的调节过程至关重要。

研究人员表示,FOXO1会在将来多种疾病的治疗方面发挥重要作用,他们举例说,FOXO1经常在肿瘤中发生失活,这会导致肿瘤内部血管生长失控,这也是恶性肿瘤的一大特性,因此通过药物靶向FOXO1促进其发生激活或许对肿瘤生长具有抑制作用。(生物谷Bioon.com)

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doi:10.1038/nature16498 

FOXO1 couples metabolic activity and growth state in the vascular endothelium

Kerstin Wilhelm, Katharina Happel, Guy Eelen, Sandra Schoors, Mark F. Oellerich, Radiance Lim, Barbara Zimmermann, Irene M. Aspalter, Claudio A. Franco, Thomas Boettger, Thomas Braun, Marcus Fruttiger, Klaus Rajewsky, Charles Keller, Jens C. Brüning, Holger Gerhardt, Peter Carmeliet & Michael Potente

Endothelial cells (ECs) are plastic cells that can switch between growth states with different bioenergetic and biosynthetic requirements1. Although quiescent in most healthy tissues, ECs divide and migrate rapidly upon proangiogenic stimulation2, 3. Adjusting endothelial metabolism to the growth state is central to normal vessel growth and function1, 4, yet it is poorly understood at the molecular level. Here we report that the forkhead box O (FOXO) transcription factor FOXO1 is an essential regulator of vascular growth that couples metabolic and proliferative activities in ECs. Endothelial-restricted deletion of FOXO1 in mice induces a profound increase in EC proliferation that interferes with coordinated sprouting, thereby causing hyperplasia and vessel enlargement. Conversely, forced expression of FOXO1 restricts vascular expansion and leads to vessel thinning and hypobranching. We find that FOXO1 acts as a gatekeeper of endothelial quiescence, which decelerates metabolic activity by reducing glycolysis and mitochondrial respiration. Mechanistically, FOXO1 suppresses signalling by MYC (also known as c-MYC), a powerful driver of anabolic metabolism and growth5, 6. MYC ablation impairs glycolysis, mitochondrial function and proliferation of ECs while its EC-specific overexpression fuels these processes. Moreover, restoration of MYC signalling in FOXO1-overexpressing endothelium normalizes metabolic activity and branching behaviour. Our findings identify FOXO1 as a critical rheostat of vascular expansion and define the FOXO1–MYC transcriptional network as a novel metabolic checkpoint during endothelial growth and proliferation. 

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