Plpp3-KO 基因敲除小鼠

Plpp3，也称为LPP3，编码脂质磷酸酯酶3，是一种细胞表面酶，负责去磷酸化甘油和鞘磷脂的磷酸酯。LPP3可以终止生物活性溶血磷脂酸（LPA）和鞘氨醇1磷酸的信号传导，这可能解释了其在发育性血管生成、血管损伤反应和细胞迁移中的作用。PLPP3基因的遗传变异与冠状动脉疾病风险的个体间差异相关，这可能是由于破坏了通常以顺式作用方式增加基因表达的增强子序列。然而，PLPP3表达调控的机制尚不清楚。研究表明，人类PLPP3启动子包含三个功能性NF-κB反应元件，这些元件对于在报告基因检测中最大程度地诱导PLPP3启动子活性是必需的。这些序列可以招募NF-κB转录复合物的RelA和RelB成分到染色质上，并且在两种不同的细胞类型中与已确定的靶序列结合。LPA促进Rel家族转录因子与PLPP3启动子的结合，并通过NF-κB抑制剂、LPA受体拮抗剂和磷脂酰肌醇3激酶抑制剂的机制增加PLPP3基因的表达。这些发现表明，炎症和动脉粥样硬化过程中PLPP3的上调是由于NF-κB信号通路的经典激活，通过RelA和RelB转录因子进入细胞核并与PLPP3启动子结合来增加PLPP3的表达，并提出了LPP3底物LPA如何调节PLPP3表达的机制[1]。

在血管修复方面，研究发现circSCMH1通过m6A甲基化在缺血性卒中后的血管修复和功能恢复中发挥重要作用。circSCMH1增加了泛素化修饰的脂肪质量相关蛋白（FTO）进入内皮细胞（ECs）细胞核的转运，导致Plpp3 mRNA的m6A去甲基化，并随后增加了ECs中Plpp3的表达。这些数据表明，circSCMH1通过FTO调节的m6A甲基化在卒中后增强血管修复，为circSCMH1促进卒中恢复的机制提供了见解[2]。

PLPP3基因在心血管疾病中的作用也得到了研究。研究表明，PLPP3基因编码的LPP3是一种细胞表面酶，可以调节生物活性溶血磷脂酸（LPA）的可用性。基因组关联研究确定了PLPP3作为冠状动脉疾病易感性的基因位点。PLPP3表达在细胞暴露于氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）时增加，但LPP3在动脉粥样硬化中的作用尚不清楚。实验模型显示，PLPP3在动脉粥样硬化中上调并与内皮细胞、平滑肌细胞和CD68阳性细胞标记共定位。小鼠中Plpp3表达的全身性产后减少显著增加了动脉粥样硬化、斑块相关LPA和炎症。尽管LPP3表达在ox-LDL诱导的骨髓来源巨噬细胞的表型改变中增加，但髓样Plpp3似乎并不调节病变的形成。相反，平滑肌细胞LPP3表达是动脉粥样硬化和病变中LPA含量的关键调节因子。此外，LPA受体信号传导缺陷的小鼠在实验性动脉粥样硬化中得到保护。这些结果确定了一个新的脂质信号通路，该通路在动脉粥样硬化中调节炎症，并不受传统风险因素的影响。对生物活性LPP3底物，包括LPA的药理学靶向可能为降低冠状动脉疾病风险提供了一种与降脂药物不同的方法[3]。

PLPP3在血管病理生理学中也发挥着重要作用。LPP3是一种整合膜蛋白，属于一组具有广泛底物特异性和催化多种脂质底物去磷酸化的酶家族（LPPs）。在哺乳动物中，LPP家族由三种酶组成，分别命名为LPP1、LPP2和LPP3，分别由PLPP1、PLPP2和PLPP3基因编码（以前称为PPAP2A、PPAP2C和PPAP2B）。这三种酶在体外似乎没有催化活性和底物偏好的差异。然而，在体内，针对个别基因的特异性灭活表明，这些酶没有重叠的功能，而LPP3在血管发育中起着关键作用。2011年，两项全基因组关联研究确定了PLPP3作为与冠状动脉疾病易感性相关的新的基因位点。随后，小鼠中PLPP3的特异性灭活强调了LPP3在血管病理生理学中的特定作用，以及最近在动脉粥样硬化发展中的作用。这篇综述旨在提供一个关于LPP3在胚胎心血管发育中的功能以及该酶与血管细胞功能和心血管疾病相关的实验和临床证据的最新概述[4]。

PLPP3在神经退行性疾病中的作用也得到了研究。帕金森病（PD）是一种多因素神经退行性疾病，特征是中脑多巴胺能神经元的进行性丧失和一系列运动症状。编码磷脂酸磷酸酶3的基因PLPP3（以前称为PPAP2B或LPP3）位于PARK10位点，该位点与晚发性PD的风险增加有关。PLPP3调节中枢神经系统中控制基本细胞过程的多种生物活性脂质的水平。研究表明，PLPP3在成年小鼠腹侧中脑的星形胶质细胞中富集。使用Nestin::Cre驱动器对Plpp3进行条件性灭活导致中脑中鞘氨醇1-磷酸受体1（S1P1）的水平降低，S1P1是一种已知的介导促存活反应的介质。然而，成年PLPP3缺陷小鼠在多巴胺能神经元的数量或纹状体外突触多巴胺（DA）的基线水平上没有发生改变。然而，突变小鼠纹状体中钾离子诱导的DA溢出显著降低。运动评估显示，尽管PLPP3缺陷小鼠表现出运动障碍，但这不是进行性的，也不对急性L-DOPA治疗有反应。这些发现表明，早期神经发育过程中Plpp3的破坏导致多巴胺能传导缺陷，而没有导致黑质纹状体变性，也没有导致与PD一致的年龄相关的运动下降[5]。

PLPP3在动脉瓣钙化病（CAVD）中的作用也得到了研究。CAVD的特征是瓣膜间质细胞（VICs）的骨生成转化。在CAVD中，具有强骨生成活性的脂质介质溶血磷脂酸（LysoPA）在主动脉瓣（AV）中产生，并由膜相关磷脂酸磷酸酶（PLPPs）降解。因此，研究者假设PLPPs的失调可能参与了VICs在CAVD过程中骨生成再编程。研究发现，PLPP3基因和酶活性在矿化的AVs中下调。在21个人类AVs中的多维基因分析表明，PLPP3的表达与位于内含子1中的哺乳动物散在重复序列（MIR）元件中的5-甲基胞嘧啶（5meC）水平呈负相关。在更大的67个AVs系列中的亚硫酸氢盐焦磷酸测序证实，与对照AVs相比，CAVD中内含子1中的5meC增加了2.2倍。在分离的细胞中，使用含有缺陷Cas9与DNA甲基转移酶（dCas9-DNMT）融合的成簇规律间隔短回文重复序列-Cas9系统进行表观基因组编辑，显著增加了内含子增强子中的5meC，并显著降低了PLPP3的表达。敲低实验表明，VICs中PLPP3表达的下调促进了骨生成程序。MIR基序增强子的DNA甲基化下调了PLPP3的表达，并促进了AV的矿化[6]。

PLPP3在卵巢老化中的作用也得到了研究。卵巢老化会导致哺乳动物的生殖障碍和 infertility。以前的研究表明，氧化应激引起的铁死亡和自噬可能导致卵巢老化，但机制尚不清楚。研究者比较了猪的老年和年轻卵巢的形态学特征，发现老年卵巢体积较大，黄体数量更多。TUNEL检测进一步显示，老年卵巢中颗粒细胞（GCs）的凋亡水平相对高于年轻卵巢，自噬相关基因的表达也更高，如p62、ATG7、ATG5和BECN1，但氧化应激和衰老相关基因的表达显著降低，如SOD1、SIRT1和SIRT6。此外，RNA测序、Western印迹和免疫荧光分析表明，PLPP3蛋白在老年卵巢中显著上调。PLPP3可能通过下调SIRT1和SIRT6的表达来加速猪GCs的细胞衰老，抑制SOD1、CAT、FSP1、FTH1和SLC7A11的表达来加剧氧化应激和铁死亡，并引发自噬来延缓卵泡发育。此外，PLPP3启动子中的两个SNPs与青春期年龄显著相关。g.155798586（T/T）和g.155798718（C/C）显著促进了PLPP3的mRNA和蛋白水平。总之，PLPP3可能通过加剧GCs的氧化应激来加速卵巢老化，并在猪中发现了PLPP3的两个分子标记。这项工作不仅有助于研究卵巢老化的机制，而且为推迟人群中的卵巢老化提供了有价值的分子标记[7]。

PLPP3在胰腺导管腺癌（PDAC）肿瘤微环境中的作用也得到了研究。溶血磷脂酸（LPA）介导的信号传导是生理性伤口愈合的重要组成部分，但该通路在许多病理过程中被改变，以介导慢性炎症信号传导，包括癌症。LPA作为细胞外信号分子，由酶自噬素（ATX，基因名称ENPP2）产生，并通过六个LPA受体（LPARs）发出信号。其信号传导通过三种脂质磷酸酯酶（LPPs，基因名称PLPP1-3）的胞外活性终止。许多针对LPA信号通路的药物开发正在进行中，主要针对ATX。针对PDAC的自噬素抑制剂目前正在临床试验中，这是针对癌症中LPA信号传导的第一类药物。在目前的研究中，研究者调查了人类PDAC中ATX、LPARs和LPPs的表达及其临床结果，涉及两个大型独立队列，癌症基因组图谱（TCGA）和GSE21501。使用基因集富集分析和细胞网络分析，分析了基因表达之间的相关性、生物功能以及肿瘤微环境的细胞组成。与正常胰腺组织相比，ENPP2、LPAR1、LPAR4、LPAR5、LPAR6、PLPP1和PLPP2在PDAC中显著升高，而LPAR2、LPAR3和PLPP3下调（所有P≤0.003）。只有ENPP2表现出生存差异，总体生存率有利于ENPP2高表达的患者（风险比0.5-0.9）。ENPP2也是唯一具有丰富基因模式以富集炎症和组织修复基因集的基因。上皮（癌症）细胞中LPAR2、LPAR5和PLPP2的表达增加，而ENPP2、LPAR1、PLPP1和PLPP3的表达减少（所有P<0.02）。肿瘤成纤维细胞在两个队列中ENPP2、LPAR2、LPAR4、PLPP1和PLPP3的表达增加，而LPAR2、LPAR5和PLPP2的表达减少（所有P≤0.01）。免疫细胞群体与PDAC中的基因表达相关性不强，但在两个队列中，高表达ENPP2、LPAR1、LPAR6、PLPP1和PLPP3肿瘤的细胞毒性评分增加（P<0.01）。总的来说，在PDAC中，ENPP2可能在疾病进展中从抗肿瘤转变为肿瘤促进基因。LPAR2和PLPP2抑制也被预测在PDAC治疗中具有潜在的治疗价值。未来的多组学研究有必要验证PDAC治疗中哪些LPA信号通路成分是高价值的药物操纵候选者[8]。

综上所述，PLPP3基因在多种生物学过程中发挥着重要作用，包括血管生成、炎症反应、神经退行性疾病、骨生成转化和卵巢老化。PLPP3的表达和功能受到多种因素的调控，包括NF-κB信号通路、m6A甲基化和DNA甲基化。PLPP3在心血管疾病、卒中恢复和肿瘤微环境中也发挥着重要作用。因此，PLPP3的研究对于深入理解其生物学功能和在疾病发生中的作用具有重要意义，并为开发新的治疗方法和预防策略提供了潜在的可能性。