ChIP-seq等揭示驱动血管疾病细胞衰老的表观基因组分子机制
动脉粥样硬化（Atherosclerosis, AS）是导致全球心脑血管疾病高发病率与高死亡率的典型慢性炎症性血管疾病，目前延缓或治疗AS的临床策略十分有限。大量研究表明，血管平滑肌细胞（VSMC）早衰是AS进展的关键因子，其在AS进程中早衰，引起血管钙化、增加斑块易损性，从而驱动AS进展。然而，VSMCs早衰的分子驱动机制尚未完全阐明。
近日，广西医科大学药学院唐禹铭等为第一作者、王辉副教授为通讯作者，在《Cellular Signalling》期刊发表题为“Glut1-dependent lactylation drives VSMC senescence phenotype”的研究论文。研究发现，负责葡萄糖摄取的膜结合葡萄糖转运蛋白1（Glut1）在AS进展过程中的小鼠主动脉血管平滑肌细胞（MOVAS）中特异性上调，并伴随衰老标志物表达升高。ChIP-seq与ChIP-qPCR进一步证实，组蛋白H3第18位赖氨酸乳酸化（H3K18la）在衰老标志基因P21启动子区域显著富集，激活P21转录，最终驱动VSMCs早衰并促进AS进展。
体外实验证实，敲低MOVAS膜上的Glut1可显著抑制衰老表型，而过表达Glut1则明显加重衰老表型。机制研究表明，Glut1通过激活“糖酵解—乳酸—H3K18la”信号轴促进MOVAS衰老；降低细胞内乳酸水平、敲除乳酰化“Writer”P300或过表达乳酰化“Eraser”HDAC-1，均能显著改善MOVAS的早衰表型。本研究建立了Glut1-乳酸-H3K18la通路与MOVAS衰老之间的机制联系，为理解AS中VSMC衰老的“代谢—表观遗传”机制提供了理论基础。
研究亮点
图形摘要：ox-LDL上调MOVAS细胞中的Glut1表达，增强葡萄糖摄取以增加糖酵解通量，随后诱导乳酸蓄积，进而提高H3K18la修饰水平。该级联反应最终促进细胞早衰并加剧动脉粥样硬化。
结果图形
（1）ox-LDL在体外驱动MOVAS早衰
在ox-LDL处理的MOVAS体外动脉粥样硬化模型中，经典衰老标志物P16、P21蛋白表达水平显著高于对照组（图1A-C）；SA-β-Gal阳性细胞比例明显增加（图1D-E）；同时SASP因子（ICAM-1、TNF-α、IL-6、IL-8、MCP-1）mRNA表达水平升高（图1F-J）。结果表明，ox-LDL处理下平滑肌细胞表现出早衰表型，为后续机制研究建立细胞模型基础。
图1：ox-LDL驱动VSMC早衰
（2）综合生信分析与实验验证揭示Glut1是ox-LDL诱导糖酵解重编程的特异性转运蛋白
实验显示，ox-LDL干预后MOVAS中关键糖酵解酶HK2、PKM2蛋白水平及胞外乳酸水平显著升高（图2A-D），提示ox-LDL诱导糖酵解升高依赖葡萄糖底物。对正常人动脉内膜与晚期动脉粥样硬化斑块表达谱分析发现Glut1（SLC2A1）在晚期斑块中显著上调（图2E）；KEGG富集分析显示糖脂代谢、细胞衰老、凋亡、趋化因子信号等多个促AS通路在晚期斑块中显著改变（图F）。实验进一步证实ox-LDL干预后MOVAS中Glut1蛋白表达显著升高（图2G-H），细胞免疫荧光结果一致（图2I-J）；流式2-NBDG检测显示ox-LDL干预后葡萄糖摄取水平显著增加（图2K-L）。以上提示Glut1依赖性葡萄糖摄取可能参与ox-LDL糖酵解过程。
图2：Glut1是ox-LDL诱导的糖酵解重编程的特异性转运蛋白
（3）Glut1在体外调控MOVAS早衰
研究人员下调Glut1表达后，发现ox-LDL诱导的葡萄糖摄取增加（图3A-B）、糖酵解增强及P16/P21蛋白表达升高（图3C-D）均被逆转，细胞免疫荧光亦证实该结果（图3E-H）；Glut1敲低显著减少ox-LDL处理MOVAS的SA-β-Gal阳性细胞数（图3I-J）及SASP因子mRNA表达（图3K）。而过表达Glut1则加剧ox-LDL诱导的细胞衰老（图3L-R）。结果表明，Glut1升高促进ox-LDL诱导的MOVAS早衰。
图3：Glut1调控MOVAS早衰
（4）Glut1介导的乳酸蓄积在体外促进MOVAS早衰
鉴于衰老MOVAS中糖酵解上调，研究聚焦糖酵解终产物乳酸的作用。在si-Glut1处理的衰老MOVAS中，乳酸蓄积被逆转（图4A）；外源乳酸补充则促进si-Glut1早衰表型，P16/P21蛋白表达上调（图4B-D）、SA-β-Gal阳性细胞比例增加（图4E-F）、SASP因子mRNA表达上调（图4G-K）。结果表明，Glut1诱导的MOVAS衰老由乳酸蓄积介导。
（5）乳酸通过H3K18la修饰在体外促进MOVAS早衰
研究观察到ox-LDL处理的MOVAS中蛋白乳酰化广泛升高，并在组蛋白区域出现明显条带（图5A）。在H3K9la、H3K14la、H3K18la、H4K5la、H4K8la等已知位点中，仅H3K18la在ox-LDL处理的MOVAS中显著升高，其余位点无显著变化（图5B-C）；且H3K18la升高可被Glut1敲低逆转、被外源乳酸恢复（图5D-E），提示Glut1介导的乳酸蓄积可能通过H3K18la修饰促进衰老。为验证H3K18la对衰老相关基因转录的调控作用，研究采用染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）分析，结果显示H3K18la在衰老标志基因P21启动子区富集显著增加（图5F）；ChIP-qPCR进一步证实H3K18la在P21启动子区富集（图5G）。 结果表明，H3K18la乳酰化修饰通过促进P21基因转录推动MOVAS早衰。
（6）靶向乳酸-H3K18la轴在体外抑制衰老进程
为验证H3K18la参与ox-LDL诱导的衰老，研究对MOVAS中H3K18la水平进行干预并检测衰老标志物。糖酵解抑制剂2-DG与LDHA抑制剂FX-11均可通过抑制乳酸生成改善衰老表型（图6A-J）；ox-LDL处理下HDAC-1蛋白显著下调和P300显著上调，提示乳酰化发生（图6K）。敲除P300或过表达HDAC-1均可抑制ox-LDL诱导的衰老表型（图6L-U）；MCT1抑制剂AZD-3965可显著减轻乳酸诱导的衰老（图6V-Z）。这些发现共同表明，乳酸诱导的H3K18la促进ox-LDL驱动的早衰，靶向该轴可抑制衰老进展。
图形摘要：ox-LDL上调MOVAS细胞中的Glut1表达，增强葡萄糖摄取以增加糖酵解通量，随后诱导乳酸蓄积，进而提高H3K18la修饰水平。该级联反应最终促进细胞早衰并加剧动脉粥样硬化。
结果图形
（1）ox-LDL在体外驱动MOVAS早衰
在ox-LDL处理的MOVAS体外动脉粥样硬化模型中，经典衰老标志物P16、P21蛋白表达水平显著高于对照组（图1A-C）；SA-β-Gal阳性细胞比例明显增加（图1D-E）；同时SASP因子（ICAM-1、TNF-α、IL-6、IL-8、MCP-1）mRNA表达水平升高（图1F-J）。结果表明，ox-LDL处理下平滑肌细胞表现出早衰表型，为后续机制研究建立细胞模型基础。
图6：靶向乳酸-H3K18la轴可抑制衰老进程
结论和启示
本研究通过综合生物信息学分析和实验验证揭示了Glut1-乳酸-H3K18la轴通过激活衰老标志物P21基因的启动子，驱动VSMC衰老，从而促进AS的发生发展的全新分子机制。ox-LDL特异性上调MOVAS中的Glut1，促进糖酵解重编程和乳酸蓄积；蓄积的乳酸特异性地诱导H3K18la修饰，且经ChIP-seq和ChIP-qPCR验证富集于P21启动子区，进而促进P21基因转录，最终驱动VSMC早衰。
参考文献：
Tang Y, Ouyang J, Mo X, Gan Y, Qin N, Huang M, Wu D, Wei S, Wu H, Huang Z, Qin J, Huang J, Wang H. Glut1-dependent lactylation drives VSMC senescence phenotype. Cell Signal. 2026 Mar 22:112503. doi: 10.1016/j.cellsig.2026.112503.
近日，广西医科大学药学院唐禹铭等为第一作者、王辉副教授为通讯作者，在《Cellular Signalling》期刊发表题为“Glut1-dependent lactylation drives VSMC senescence phenotype”的研究论文。研究发现，负责葡萄糖摄取的膜结合葡萄糖转运蛋白1（Glut1）在AS进展过程中的小鼠主动脉血管平滑肌细胞（MOVAS）中特异性上调，并伴随衰老标志物表达升高。ChIP-seq与ChIP-qPCR进一步证实，组蛋白H3第18位赖氨酸乳酸化（H3K18la）在衰老标志基因P21启动子区域显著富集，激活P21转录，最终驱动VSMCs早衰并促进AS进展。
体外实验证实，敲低MOVAS膜上的Glut1可显著抑制衰老表型，而过表达Glut1则明显加重衰老表型。机制研究表明，Glut1通过激活“糖酵解—乳酸—H3K18la”信号轴促进MOVAS衰老；降低细胞内乳酸水平、敲除乳酰化“Writer”P300或过表达乳酰化“Eraser”HDAC-1，均能显著改善MOVAS的早衰表型。本研究建立了Glut1-乳酸-H3K18la通路与MOVAS衰老之间的机制联系，为理解AS中VSMC衰老的“代谢—表观遗传”机制提供了理论基础。
研究亮点
- Glut1在动脉粥样硬化（AS）过程中的血管平滑肌细胞（VSMC）中特异性上调。
- Glut1驱动的糖酵解提高了衰老VSMC中的细胞内乳酸水平。
- 乳酸诱导H3K18la修饰激活p21基因转录。
- 抑制Glut1、乳酸生成或敲除P300可减轻VSMC衰老表型。
- Glut1–乳酸–H3K18la轴为AS提供了新颖的治疗靶点。
结果图形
（1）ox-LDL在体外驱动MOVAS早衰
在ox-LDL处理的MOVAS体外动脉粥样硬化模型中，经典衰老标志物P16、P21蛋白表达水平显著高于对照组（图1A-C）；SA-β-Gal阳性细胞比例明显增加（图1D-E）；同时SASP因子（ICAM-1、TNF-α、IL-6、IL-8、MCP-1）mRNA表达水平升高（图1F-J）。结果表明，ox-LDL处理下平滑肌细胞表现出早衰表型，为后续机制研究建立细胞模型基础。
图1：ox-LDL驱动VSMC早衰
（2）综合生信分析与实验验证揭示Glut1是ox-LDL诱导糖酵解重编程的特异性转运蛋白
实验显示，ox-LDL干预后MOVAS中关键糖酵解酶HK2、PKM2蛋白水平及胞外乳酸水平显著升高（图2A-D），提示ox-LDL诱导糖酵解升高依赖葡萄糖底物。对正常人动脉内膜与晚期动脉粥样硬化斑块表达谱分析发现Glut1（SLC2A1）在晚期斑块中显著上调（图2E）；KEGG富集分析显示糖脂代谢、细胞衰老、凋亡、趋化因子信号等多个促AS通路在晚期斑块中显著改变（图F）。实验进一步证实ox-LDL干预后MOVAS中Glut1蛋白表达显著升高（图2G-H），细胞免疫荧光结果一致（图2I-J）；流式2-NBDG检测显示ox-LDL干预后葡萄糖摄取水平显著增加（图2K-L）。以上提示Glut1依赖性葡萄糖摄取可能参与ox-LDL糖酵解过程。
图2：Glut1是ox-LDL诱导的糖酵解重编程的特异性转运蛋白
研究人员下调Glut1表达后，发现ox-LDL诱导的葡萄糖摄取增加（图3A-B）、糖酵解增强及P16/P21蛋白表达升高（图3C-D）均被逆转，细胞免疫荧光亦证实该结果（图3E-H）；Glut1敲低显著减少ox-LDL处理MOVAS的SA-β-Gal阳性细胞数（图3I-J）及SASP因子mRNA表达（图3K）。而过表达Glut1则加剧ox-LDL诱导的细胞衰老（图3L-R）。结果表明，Glut1升高促进ox-LDL诱导的MOVAS早衰。
图3：Glut1调控MOVAS早衰
（4）Glut1介导的乳酸蓄积在体外促进MOVAS早衰
鉴于衰老MOVAS中糖酵解上调，研究聚焦糖酵解终产物乳酸的作用。在si-Glut1处理的衰老MOVAS中，乳酸蓄积被逆转（图4A）；外源乳酸补充则促进si-Glut1早衰表型，P16/P21蛋白表达上调（图4B-D）、SA-β-Gal阳性细胞比例增加（图4E-F）、SASP因子mRNA表达上调（图4G-K）。结果表明，Glut1诱导的MOVAS衰老由乳酸蓄积介导。
图4：Glut1介导的乳酸蓄积促进MOVAS早衰
（5）乳酸通过H3K18la修饰在体外促进MOVAS早衰
研究观察到ox-LDL处理的MOVAS中蛋白乳酰化广泛升高，并在组蛋白区域出现明显条带（图5A）。在H3K9la、H3K14la、H3K18la、H4K5la、H4K8la等已知位点中，仅H3K18la在ox-LDL处理的MOVAS中显著升高，其余位点无显著变化（图5B-C）；且H3K18la升高可被Glut1敲低逆转、被外源乳酸恢复（图5D-E），提示Glut1介导的乳酸蓄积可能通过H3K18la修饰促进衰老。为验证H3K18la对衰老相关基因转录的调控作用，研究采用染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）分析，结果显示H3K18la在衰老标志基因P21启动子区富集显著增加（图5F）；ChIP-qPCR进一步证实H3K18la在P21启动子区富集（图5G）。 结果表明，H3K18la乳酰化修饰通过促进P21基因转录推动MOVAS早衰。
图5：乳酸通过H3K18la修饰促进MOVAS早衰
（6）靶向乳酸-H3K18la轴在体外抑制衰老进程
为验证H3K18la参与ox-LDL诱导的衰老，研究对MOVAS中H3K18la水平进行干预并检测衰老标志物。糖酵解抑制剂2-DG与LDHA抑制剂FX-11均可通过抑制乳酸生成改善衰老表型（图6A-J）；ox-LDL处理下HDAC-1蛋白显著下调和P300显著上调，提示乳酰化发生（图6K）。敲除P300或过表达HDAC-1均可抑制ox-LDL诱导的衰老表型（图6L-U）；MCT1抑制剂AZD-3965可显著减轻乳酸诱导的衰老（图6V-Z）。这些发现共同表明，乳酸诱导的H3K18la促进ox-LDL驱动的早衰，靶向该轴可抑制衰老进展。
图形摘要：ox-LDL上调MOVAS细胞中的Glut1表达，增强葡萄糖摄取以增加糖酵解通量，随后诱导乳酸蓄积，进而提高H3K18la修饰水平。该级联反应最终促进细胞早衰并加剧动脉粥样硬化。
结果图形
（1）ox-LDL在体外驱动MOVAS早衰
在ox-LDL处理的MOVAS体外动脉粥样硬化模型中，经典衰老标志物P16、P21蛋白表达水平显著高于对照组（图1A-C）；SA-β-Gal阳性细胞比例明显增加（图1D-E）；同时SASP因子（ICAM-1、TNF-α、IL-6、IL-8、MCP-1）mRNA表达水平升高（图1F-J）。结果表明，ox-LDL处理下平滑肌细胞表现出早衰表型，为后续机制研究建立细胞模型基础。
图6：靶向乳酸-H3K18la轴可抑制衰老进程
结论和启示
本研究通过综合生物信息学分析和实验验证揭示了Glut1-乳酸-H3K18la轴通过激活衰老标志物P21基因的启动子，驱动VSMC衰老，从而促进AS的发生发展的全新分子机制。ox-LDL特异性上调MOVAS中的Glut1，促进糖酵解重编程和乳酸蓄积；蓄积的乳酸特异性地诱导H3K18la修饰，且经ChIP-seq和ChIP-qPCR验证富集于P21启动子区，进而促进P21基因转录，最终驱动VSMC早衰。
参考文献：
Tang Y, Ouyang J, Mo X, Gan Y, Qin N, Huang M, Wu D, Wei S, Wu H, Huang Z, Qin J, Huang J, Wang H. Glut1-dependent lactylation drives VSMC senescence phenotype. Cell Signal. 2026 Mar 22:112503. doi: 10.1016/j.cellsig.2026.112503.
标签：
DNA甲基化
