Redox Biology：冯英梅/税光厚/周源合作揭示高脂饮食通过α-酮戊二酸驱动髓系祖细胞分化促动脉粥样硬化进展

α-酮戊二酸通过OXGR1加速粒-单核系祖细胞分化并促进动脉粥样硬化斑块炎症

2026年3月，首都医科大学附属北京佑安医院、中国科学院遗传与发育生物学研究所、广州实验室、北京大学基础医学院血管稳态与重构国家重点实验室、中科脂典等单位的相关研究人员联合在《Redox Biology》（IF: 11.9）上发表了题为“Alpha-ketoglutarate accelerates granulocyte-monocyte progenitor differentiation and atherosclerotic plaque inflammation via oxoglutarate receptor 1”的研究论文，解析α-酮戊二酸/OXGR1轴调控动脉粥样硬化斑块进展的病理机制，对未来相关心血管疾病治疗方案设计具有重要意义。

亮点概述：

高脂饮食（HFD）升高血液和骨髓粒-单核系祖细胞（GMPs）中α-酮戊二酸水平。
α-酮戊二酸通过OXGR1促进嘌呤核苷磷酸化酶（PNP）转录与蛋白表达。
PNP损害烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）生成，诱导肌苷-5'-单磷酸脱氢酶2（IMPDH2）表达和活性氧生成，激活NF-κB转录，共同促进GMPs增殖与炎症性髓系细胞分化，推动动脉粥样硬化进展。

研究背景：

血脂异常是心血管疾病的主要危险因素之一，可诱发内皮细胞功能障碍，激活平滑肌细胞与炎症细胞并放大炎症反应，推动动脉粥样硬化斑块进展，最终导致不良心血管结局。他汀类药物、前蛋白转化酶枯草溶菌素9（PCSK9）单克隆抗体等一线降脂药物，可有效降低低密度脂蛋白胆固醇（LDL-c）水平，并减少主要不良心血管事件（MACEs）的发生率，然而，靶向LDL-c的降脂药物保护作用仍有限。这些数据提示，血脂异常是复杂的代谢综合征，LDL-c并非降脂治疗的唯一靶点。

随着组学技术发展，血脂异常人群与模型动物的代谢谱及代谢重编程逐渐受到研究者关注。团队通过此前的研究发现，三羧酸循环中间代谢物α-酮戊二酸可能参与动脉粥样硬化的起始过程。诸多研究表明，α-酮戊二酸在不同疾病中的作用存在差异，其既与非酒精性脂肪性肝炎、细胞凋亡相关，也可促进骨骼肌肥大、心肌再生。那么，α-酮戊二酸是否、如何参与高脂饮食诱导的斑块进展呢？其具体机制并不清楚。

研究结果：

研究人员此前发现，HFD可升高低密度脂蛋白受体缺陷（Ldlr⁻/⁻）小鼠造血干/祖细胞（HSPCs）中α-酮戊二酸水平。为探究其动态变化，本研究对普通饮食与HFD喂养6周的Ldlr⁻/⁻小鼠HSPCs进行靶向代谢组学检测。与普通饮食组相比，HFD组Ldlr⁻/⁻小鼠血浆胆固醇与甘油三酯均升高，HSPCs及血浆中α-酮戊二酸显著升高。血浆α-酮戊二酸水平与总胆固醇水平呈正相关。

为探究α-酮戊二酸对动脉粥样硬化的影响，研究人员对Ldlr⁻/⁻小鼠进行HFD联合α-酮戊二酸干预。结果发现HFD下补充α-酮戊二酸不改变小鼠血液胆固醇、甘油三酯与空腹血糖水平，但显著升高血液中髓系细胞数量，同时显著增加斑块面积与斑块内CD45⁺炎症细胞数量。流式细胞仪分析骨髓中HSPCs、髓系共同祖细胞（CMPs）与GMPs的比例。结果显示，高脂饮食增加骨髓细胞（BMCs）数量，BMCs中HSPCs、GMPs比例升高，而α-酮戊二酸可在高脂基础上进一步特异性升高GMPs比例，而对HSPCs和CMPs无显著影响。

α -酮戊二酸促进HFD的Ldlr^−/−小鼠中髓系细胞的生成及斑块进展

鉴于α-酮戊二酸是三羧酸循环中间代谢物，研究人员通过流式分选GMPs并通过靶向代谢组学绘制代谢谱。发现HFD组GMPs内果糖-6-磷酸与赤藓糖-4-磷酸水平升高。GMPs中三羧酸循环相关代谢物水平显示，α-酮戊二酸干预可降低普通饮食组的GMPs中柠檬酸与β-羟丁酸水平。HFD可升高GMPs中β-羟丁酸与丙酮酸水平。然而，与接受α-酮戊二酸处理的普通饮食小鼠相比，在高脂饮食基础上给予α-酮戊二酸处理促进GMPs内三羧酸循环产物的生成。基于外周血总胆固醇与α-酮戊二酸水平呈正相关，本研究进一步探究胆固醇对α-酮戊二酸的影响。结果显示，LDL-c处理后，BMCs中异柠檬酸脱氢酶的表达水平与活性均升高。

α -酮戊二酸干预对高脂饮食Ldlr^−/−小鼠GMPs三羧酸循环代谢谱的影响

Oxgr1基因编码了小鼠α-酮戊二酸受体（人类为OXGR1）。为探究α-酮戊二酸是否通过OXGR1促进动脉粥样硬化斑块炎症与进展，本研究通过CRISPR‑Cas9技术构建Oxgr1⁻/⁻小鼠。随后，将野生型小鼠与Oxgr1⁻/⁻ 小鼠BMCs分别移植至Ldlr⁻/⁻小鼠，并在HFD喂养条件下，给予含α-酮戊二酸的饮用水。结果显示，各组血浆胆固醇与甘油三酯浓度无差异。α-酮戊二酸处理显著增加了移植野生型BMCs的Ldlr⁻/⁻小鼠BMCs中GMPs比例，而对移植Oxgr1⁻/⁻ BMCs的小鼠无此作用。α-酮戊二酸处理未改变移植Oxgr1⁻/⁻ BMCs的Ldlr⁻/⁻小鼠斑块面积。综上，移植Oxgr1⁻/⁻ BMCs减轻高脂饮食联合α-酮戊二酸喂养的Ldlr⁻/⁻小鼠斑块进展。

移植Oxgr1^−/−BMCs可减轻HFD联合α -酮戊二酸喂养的Ldlr^−/−小鼠斑块进展

研究人员从普通饮食、HFD、普通饮食+α-酮戊二酸、HFD+α-酮戊二酸喂养的四组Ldlr⁻/⁻小鼠分选出泛GMPs，进行单细胞RNA测序，鉴定出4个细胞亚群。结果显示，HFD联合α-酮戊二酸组小鼠中GMPs比例降低，中性粒前体细胞（Pro-NEU）与单核前体细胞（Pro-Mono）比例增加，同时氧化磷酸化水平升高，差异基因主要富集于白细胞活化相关通路。比较不同处理组间差异表达基因的重叠情况，共筛选出39个差异表达基因，其中PNP在代谢相关基因中排名最高。qPCR与Western blot验证显示，HFD联合α-酮戊二酸可显著上调BMCs PNP的mRNA与蛋白水平。进一步骨髓移植实验证实，仅在移植野生型BMCs的小鼠中可观察到PNP上调，而移植Oxgr1⁻/⁻ BMCs的小鼠中PNP表达无明显变化。

α-酮戊二酸可上调PNP的表达水平

单细胞RNA测序显示，PNP在GMP/Pro-NEU中表达最富集。体外实验表明，PNP可剂量依赖性升高HSPCs、GMPs及中性粒前体细胞比例，显著增加中性粒细胞生成，但对单核细胞与单核系共同祖细胞无明显影响。PNP是嘌呤补救途径的关键酶，可逆催化嘌呤核苷磷酸解以实现嘌呤循环利用，其可能通过提供核糖-5-磷酸参与磷酸戊糖途径。此前研究发现，嘌呤从头合成途径中的肌苷一磷酸可促进GMPs增殖，IMPDH2在多种细胞中参与调控细胞增殖、凋亡与DNA损伤应答。机制研究发现，PNP处理可显著升高细胞内核糖-5-磷酸水平，并上调IMPDH2表达。抑制IMPDH2能够明显阻断PNP诱导的HSPCs、GMPs及Pro-NEU增殖，同时逆转PNP介导的中性粒细胞增多。上述结果证实，PNP通过IMPDH2通路促进GMPs增殖并增强髓系细胞生成。

PNP通过IMPDH2促进GMP增殖并增强髓系细胞生成

NAD是细胞代谢、氧化还原状态与线粒体稳态的核心辅酶。近期研究发现，PNP通过代谢NAD前体烟酰胺核糖（NMN）促使烟酰胺（Nam）积累，损害哺乳动物细胞系的补救途径。通过验证PNP对GMPs氧化还原状态的影响，本研究发现PNP处理24小时可显著降低谱系阴性/低表达细胞的NAD及前体NMN水平，但不影响ATP及常规抗氧化酶活性。同时，PNP可剂量依赖性升高活性氧水平，并提高细胞外酸化率，提示其破坏氧化还原平衡并引发代谢重编程。

蛋白质组学结果显示，PNP处理显著上调NAD激酶（NADK）与炎症转录因子NF-κB的表达，且该作用可被泛素抑制剂逆转，提示泛素通路参与NF-κB激活。最后，研究人员在健康人群中评估LDL-c与三羧酸循环相关代谢物的关联。体外实验显示LDL-c升高BMCs异柠檬酸脱氢酶表达。人体血液中异柠檬酸水平与LDL-c呈正相关。校正年龄性别后仍成立，为临床代谢物与血脂的关联提供了证据。