血管钙化和细胞外基质（ECM）刚度的增加是血管老化的标志。Sox9被认为参与血管平滑肌细胞（VSMC）成骨/软骨转化，然而Sox9与衰老和钙化的关系尚未得到研究。来自英国伦敦国王学院的研究人员发现，Sox9的表达与VSMC衰老呈正相关，在老化VSMC中表现出机械敏感的响应。并且，Sox9通过激活Collagen修饰因子LH3，并通过细胞外囊泡途径促使LH3的分泌，产生了细胞外基质老化的关键特征。相关内容以“Sox9 Accelerates Vascular Ageing by Regulating Extracellular Matrix Composition and Stiffness”为题在线发表于1月5日的国际著名心脏和心血管系统领域学术期刊Circulation Research上。
血管钙化是一种与血管老化密切相关的危及生命的病理过程，是由钙盐异常沉积在血管内膜和中层引起的，促进了动脉粥样硬化的发展。血管钙化是一种细胞介导的过程，与血管平滑肌细胞（VSMCs）向成骨/软骨样表型的调节相关，其特征是失去收缩标记，增加了与发育性成骨/软骨发生相关的关键转录因子的表达，并增加了细胞外囊泡（EV）的释放。
VSMCs向成骨/软骨样表型的转变与细胞老化（cellular aging）紧密相关。在钙化的血管壁中，老化的VSMCs增加，并在体外更容易发生钙化。老化细胞还具有促炎性，表达老化相关的分泌表型，释放细胞因子、趋化因子和白细胞介素，以及EVs。分泌的EVs参与生理和病理过程，介导细胞内通信，同时在细胞外基质（ECM）中沉积，形成钙化的基点。在衰老过程中，EVs的货物加载发生变化，导致钙化促进因子的富集增加。此外，这些EVs有潜力调节相邻细胞的表型。
除了钙化之外，老化的血管还经历了基质组成和结构的显著变化，这些变化促使血管变得更加僵硬。在主动脉中，弹性蛋白沉积减少，且其断裂增加，胶原蛋白（Col）沉积增加，Col纤维交联增加，其中一些变化也与促进钙化有关。许多这些ECM变化被归因于磨损或氧化过程，或在疾病背景下进行研究。很少有研究考虑VSMC老化和衰老如何直接调节ECM老化，或建立可能调节这种相互作用的因素。实际上，ECM蛋白在调节血管完整性和细胞外信号传导方面发挥双重作用，然而ECM老化如何影响VSMC表型仍然知之甚少。
Runx2（RUNX家族转录因子2）和Sox9（SRY盒转录因子9）是成骨和软骨分化的主要调节因子。这些转录因子共同协调表达许多基质蛋白，这些蛋白是形成和促进组织钙化所必需的，这两个基因也在钙化的血管中表达。然而，在血管钙化和衰老过程中，Runx2激活成骨基因的作用已经得到充分表征，而Sox9的表达和作用则知之甚少。
Sox9在血管发育过程中起着关键作用。在硬骨前体细胞中，Sox9对于VSMCs和软骨细胞的细胞命运至关重要，并且必须通过Notch信号传导被沉默，以促使VSMC分化。这种沉默解除了对肌动蛋白调节因子（myocardin）的抑制，肌动蛋白调节因子是调节平滑肌标记基因表达的关键转录因子，例如SM22-α和α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）。Sox9也通过降低收缩基因的表达在体外诱导VSMC去分化。另一方面，在发育过程中维持Sox9的表达有助于促进许多ECM基因的表达，例如Collagen2、Collagen9和Collagen11，这些基因对软骨细胞分化至关重要。血管损伤和衰老可能导致Notch信号传导减少，并可能诱导Sox9的再表达。在动脉粥样硬化的小鼠模型中已经证明了Sox9的表达，它通过上调Collagen2促进ECM的重组，同时也通过调控PRG4参与了钙化的调节。
在人类血管组织中，已经证明Sox9的表达发生在老化和钙化的主动脉组织中；然而，它在ECM重塑和钙化中的作用在很大程度上未知。在这项研究中，研究人员描述了Sox9在人类血管老化中的新角色。研究人员在年轻和老年患者的人体主动脉样本上进行了免疫组织化学实验。同时诱导年轻和衰老的原代人类VSMCs产生ECM，并利用腺病毒过表达和敲除的方式操纵Sox9的表达。利用原子力显微镜和蛋白质组学对ECM的性质进行表征，使用共聚焦显微镜观察了水凝胶和ECM上的VSMC表型。
研究结果显示，在体内，Sox9与血管钙化没有空间相关，但与衰老标志物p16呈正相关。体外实验中，Sox9在老化细胞和刚性基质上表现出机械敏感的响应，表达增加并在细胞核中转位。Sox9通过协调胶原（Col）表达的变化和减少VSMC的收缩性来调节ECM的刚度和组织结构，形成与衰老细胞相似的ECM。Sox9引起的ECM的变化促使VSMCs表现出不同的表型：在由Sox9缺失的细胞合成的ECM上培养的衰老细胞恢复到增殖状态；而在由表达Sox9的细胞产生的基质上培养的增殖细胞显示出DNA损伤和增殖降低，表现为衰老细胞的特征。LH3（前胶原-赖氨酸，2-酮戊二酸5-双加氧酶3）被确定为Sox9的靶点和ECM刚度的关键调节因子。LH3被包装到细胞外囊泡中，Sox9促使细胞外囊泡分泌，导致在ECM中LH3的沉积增加。
这些发现突显了ECM结构和组成在调控VSMC表型中的关键作用。研究确定了一个正反馈循环，即细胞衰老和ECM刚度增加促使Sox9的表达，进而驱动进一步的ECM修饰，以进一步加速衰老。
参考文献：Sox9 Accelerates Vascular Ageing by Regulating Extracellular Matrix Composition and Stiffness. Circ Res. Published online January 5, 2024.
