临床研究表明，人类最常见的单点突变ALDH2（醛脱氢酶2）rs突变是动脉粥样硬化性心血管疾病发展和预后不良的危险因素，但其潜在机制尚不清楚。凋亡细胞在动脉粥样硬化期间被巨噬细胞胞吐作用吞噬和消除，动脉巨噬细胞胞吐作用的增强可减少动脉粥样硬化的发展。年3月31日，医院急诊科胸痛中心陈玉国/徐峰教授团队在美国心脏协会动脉硬化、血栓和血管生物学委员会官方期刊Arteriosclerosis,Thrombosis,andVascularBiology（中科院1区，IF=8.31）在线发表题为“MacrophageALDH2stabilizingRac2isrequiredforefferocytosisinternalizationandreductionofatherosclerosisdevelopment”的研究论文，该揭示了ALDH2促进巨噬细胞胞葬进而抑制动脉粥样硬化发生发展的非酶作用新机制，为急性冠脉综合征（acutecoronarysyndrome，ACS）的药物研发提供了新的靶点，特别是对携带ALDH2基因rs变异的30%-50%的国人群体降低ACS发病率意义重大。医院为第一作者和通讯作者单位，徐峰教授为文章独立通讯作者，博士研究生张健和硕士研究生赵祥凯为共同第一作者。
ACS是急诊医学领域的常见高危疾病，严重威胁着人类生命健康，是我国的重点防治病种，其病理学基础是动脉粥样硬化斑块不稳定。ALDH2rs是我国人群中最为常见的功能性基因变异位点，该位点变异后ALDH2酶活性显著下降，带来一系列影响，最广为人知的是其乙醛代谢能力下降，易导致饮酒后面红，因此也被通俗的称为“红脸基因”。陈玉国/徐峰教授团队长期致力于这一常见基因变异在国人急危重心血管病中的作用及其机制的研究，以期助力该类疾病的精准防治，为国人提供更为个体化的预防和治疗策略。该团队前期的数个临床研究发现，ALDH2基因变异可导致ACS发病风险和预后不良显著增加（JCMM，），但其具体作用机制尚未完全阐明。探明ALDH2基因变异促进ACS发生的内在机制，对于促进该类疾病早期预防及降低其发病率具有重要的临床价值和社会意义。
首先，研究者使用骨髓移植的方法将APOE-/-ALDH2-/-和APOE-/-小鼠骨髓移植入APOE-/-小鼠中，发现APOE-/-ALDH2-/-骨髓受体鼠与APOE-/-骨髓受体鼠相比，动脉粥样硬化斑块面积明显增大，斑块处脂质堆积和巨噬细胞浸润明显增加，胶原含量降低，坏死核心明显增大，表明巨噬细胞ALDH2基因敲除促进动脉粥样硬化进展。
随后，研究者探讨了髓系细胞ALDH2基因敲除增大斑块坏死核心的机制，发现斑块中坏死细胞堆积是由于凋亡细胞清除（胞葬作用）减少所致，而不是凋亡细胞生成增多。接下来的免疫荧光、RNA测序分析和流式细胞术检测也验证了ALDH2基因敲除对胞葬的抑制作用。
进一步，研究者通过生物信息学分析，发现在ALDH2调控的26个胞葬相关基因中，Rac2表达水平的变化最显著。进一步蛋白质组学分析和验证实验显示Rac2与ALDH2存在相互作用，且巨噬细胞中ALDH2基因敲除可以抑制Rac2表达及活化。
然后，研究者通过体内体外实验，发现胞葬作用的实现依赖于Rac2蛋白的上调，抑制巨噬细胞Rac2表达可以抑制胞葬作用，而过表达Rac2可挽救原本因ALDH2基因敲除导致受损的胞葬作用。这表明ALDH2抑制巨噬细胞胞葬作用的原因就是Rac2蛋白的降低。
由于蛋白质谱分析结果提示ALDH2蛋白和Rac2蛋白可能存在结合，研究者利用免疫荧光和激光共聚焦，发现ALDH2与Rac2存在明显共定位现象。内源结合、外源结合和体外结合实验均证明ALDH2蛋白和Rac2蛋白直接结合，通过构建Rac2截断体，研究者发现ALDH2与Rac2的结合区域是Rac2蛋白的1-氨基酸。
为了探讨ALDH2或rs变异体对Rac2稳定性的影响，研究者用蛋白合成酶抑制剂环己酰亚胺（CHX）处理巨噬细胞，发现与APOE-/-巨噬细胞相比，APOE-/-ALDH2-/-巨噬细胞中Rac2的降解显著增加，并证实了Rac2蛋白主要通过蛋白酶体途径降解，而不是溶酶体途径。研究者进一步探究了ALDH2影响Rac2蛋白降解的内在机制，发现ALDH2WT可以直接与Rac2相互作用，并通过抑制后者在其第位赖氨酸的K48位的多聚泛素化抑制Rac2降解，增加Rac2蛋白的稳定性。
最后，研究者从健康志愿者中提取PBMCs，在人体样本中验证上述结果，发现，ALDH2rs变异的PBMCs与野生型的PBMCs相比，胞葬能力明显降低，原因是rs变异抑制Rac2蛋白的表达，而在ALDH2rs变异的PBMCs中回补野生型ALDH2则可以挽救其受损的胞葬作用。
综上，本研究通过骨髓移植等方法构建髓系细胞ALDH2特异性敲除小鼠，并通过高通量mRNA测序与生物信息学分析等研究手段，结合大量体内体外实验发现，ALDH2野生型基因表达的蛋白可通过直接与Rac2蛋白结合，抑制Rac2蛋白K位点上K48连接形式的多聚泛素化修饰，从而抑制Rac2降解，增强Rac2稳定性，进而增强巨噬细胞胞葬作用，抑制动脉粥样硬化发生发展；然而，rs变异基因所表达的蛋白则丧失了这一保护功能，从而促进了ACS的发生。
本研究成果为ACS的精准防治提供了新的靶点，对携带rs变异的30%-50%的国人群体降低ACS发病风险的意义尤为重大。本研究还进一步丰富了ALDH2的非酶活性作用谱，完善了ALDH2在不同急危重心血管疾病中的“双刃剑”作用理论，为未来开发基于ALDH2的组织特异性治疗提供了更多科学依据。
注：ALDH2野生型和变异型基因所表达的蛋白影响胞葬作用的机制示意图
ATVB杂志同期配发了欧洲血管生物学学会秘书长JudithC.Sluimer教授对本文的专题评述文章，称“该研究解决了动脉粥样硬化病理过程中坏死细胞清除机制的一个难题”，“考虑到东亚人ALDH2rs变异的广泛性，该研究有着深远的影响”。该论文工作得到了首都医科医院杜杰教授、中科院上海营养与健康研究所尹慧勇教授、范德堡大学HuanTao教授的支持和帮助。
多年来，在陈玉国教授指导下，徐峰课题组一直聚焦于我国重点防治的重大疾病——急危重心血管病（急性冠脉综合征、肺栓塞、主动脉夹层和心脏骤停等）的精准防治这一方向，在临床实践中发现痛点难点问题，再通过基础和转化研究分析解决问题，持续开展研究。其中的重点内容之一，是在国际上最早开展了“ALDH2与血管”方面的研究，十多年来，矢志不移，从冠脉，到肺动脉，再到主动脉，进行了深入系统的临床-基础-转化的全链条研究，近年来取得多个重要成果，先后在专业领域权威和顶级期刊发表（JAHA，ATVB，Atherosclerosis，EurHeartJ，JCIInsight，ATVB）。首次发现了该基因变异在不同血管疾病中的“双刃剑”作用（哈佛大学Aikawa教授在欧洲心脏杂志EHJ同期发表专题述评文章“Double-edgedswordofALDH2mutations:onepolymorphismcanbothbenefitandharmthecardiovascularsystem”），建立了基于ALDH2基因型的急危重心血管病个体化防治方案，促进了国人该类疾病的精准防治。上述研究工作得到国家自然科学基金、国家自然科学基金重点项目、国家科技基础资源调查专项、国家重点研发计划、山东大学临床研究中心专项等项目的资助。
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