Adv Sci 中山大学附属第八医院黄辉教授揭示GLS1介导谷氨酰胺分解产生的谷氨酸促进动脉钙化的作用机制

动脉中层钙化是慢性肾脏病(CKD)患者心血管事件的强有力预测因素，然而缺乏有效的治疗手段。谷氨酰胺酶GLS1介导的谷氨酰胺分解是一种催化谷氨酰胺转化为谷氨酸的限速酶，因此，谷氨酸/谷氨酰胺比值也可以反映其酶活性。研究表明，在动脉粥样硬化、肺动脉高压、心力衰竭等多种心血管疾病中GLS1功能紊乱。然而，GLS1介导的谷氨酰胺分解与动脉钙化是否存在调控作用尚不明确。

2025年4月28日，中山大学附属第八医院黄辉教授团队、中山大学附属第一医院陶军教授、中山大学附属第八医院陈艳莲副研究员和香港城市大学尹慧勇教授合作在Advanced  Science杂志发表了题为“GLS1-Mediated Redundancy in Glutamate Accelerates Arterial Calcification via Activating NMDAR/Ca²⁺/β-Catenin Pathway”的研究论文。该团队首次揭示了GLS1介导谷氨酰胺分解产生的谷氨酸通过特异性结合NMDAR促进动脉钙化的作用机制，同时证明了GLS1作为动脉钙化的潜在治疗靶点。 

该团队通过LC-MS/MS检测发现CKD患者的谷氨酸和谷氨酸/谷氨酰胺比值(反映酶活性)显著升高，并且谷氨酸和谷氨酸/谷氨酰胺比值均与动脉钙化的进展呈正相关。同样，高腺嘌呤高磷(AP)诱导的CKD模型小鼠的血清检测也表明了谷氨酸和谷氨酸/谷氨酰胺比值升高。此外，人群样本中钙化的动脉及小鼠的钙化动脉GLS1表达均显著上调，表明在动脉钙化的发生发展过程中，GLS1表达上调。 

为进一步验证GLS1在动脉钙化中的功能，研究团队对诱导动脉钙化的模型小鼠给予BPTES (GLS1抑制剂)干预，结果表明BPTES显著延缓动脉钙化，同时也改善了CKD小鼠的ALP、BUN和CREA指标，表明抑制GLS1改善动脉钙化的进展。 

为探索GLS1调控动脉钙化的机制，研究团队又在体外通过抑制/敲低/过表达GLS1，均得到一致的结果：GLS1的升高对于VSMCs成骨重编程具有促进作用。 

GLS1作为谷氨酰胺分解的限速酶，催化谷氨酰胺生成谷氨酸、氨和α-酮戊二酸，因此研究团队对诱导成骨重编程的VSMCs给予BPTES干预后，分别回补GLS1的催化产物，结果表明只有谷氨酸方可逆转BPTES的抗钙化作用。同时，动脉钙化的模型小鼠在BPTES治疗的基础上再加用谷氨酸灌胃，也同样证实了GLS1的催化产物谷氨酸促进动脉钙化。 

谷氨酸的经典作用是分泌到细胞外与膜上的谷氨酸受体结合，介导下游效应。因此研究团队检测了VSMCs成骨重编程过程中细胞外谷氨酸浓度升高，而过表达GLS1进一步升高细胞外的谷氨酸水平。DL-TBOA是谷氨酸转运体抑制剂，研究团队发现在上述基础上继续加用DL-TBOA导致细胞外谷氨酸的浓度显著升高，表明细胞膜上存在功能性的谷氨酸受体以感应细胞外的谷氨酸，并促进下游信号从而介导VSMCs的成骨重编程。因此，研究团队诱导VSMCs成骨重编程及过表达GLS1后，非选择性的给予三种谷氨酸受体抑制剂，结果表明只有NMDAR抑制剂(MK801)逆转了过表达GLS1的促钙化作用。NMDAR作为一种多聚体，GluN1决定了其功能的活性和可用性，而人群标本中也检测钙化的动脉GluN1表达上调，表明谷氨酸特异性结合NMDAR加速了VSMCs成骨重编程。 

NMDAR的激活促发受体上的Ca²⁺通道开放，细胞内Ca²⁺检测也进一步验证。Ca²⁺激活一系列激酶，而研究团队发现只有P-ERK发生显著变化，并且ERK通过促进β-Catenin的核转位诱导动脉钙化，表明谷氨酸激活的NMDAR诱导β-Catenin核转位通过Ca²⁺内流介导。 

综上所述，该研究团队首次表明了GLS1是动脉钙化的触发因素。谷氨酸作为GLS1催化谷氨酰胺分解代谢的主要产物，通过特异性结合激活NMDAR，并触发Ca²⁺内流和ERK的磷酸化，随后发生β-Catenin核转位，进一步加速VSMCs的成骨重编程。这些研究结果为预防和抑制临床动脉钙化提供了新见解。 

中山大学附属第八医院周紫婷博士、董兵博士、贺大雨博士和马建帅博士为论文的共同第一作者。中山大学附属第八医院黄辉教授为论文最后通讯作者，中山大学附属第一医院陶军教授、中山大学附属第八医院陈艳莲副研究员和香港城市大学尹慧勇教授为论文共同通讯作者。该研究得到深圳市重大慢性病精准防控与代谢研究重点实验室、国家自然科学基金委重点项目、深港联合资助项目和深圳市医学研究专项资金等项目的资助。

最后通讯作者：黄辉，二级教授，一级主任医师，教育部霍英东优秀高校青年教师，中山大学附属第八医院副院长。主要从事动脉钙化的新机制及防治的研究，2022年牵头发布我国血管钙化领域专家共识，参编《中国高血压防治指南(2024年修订版)》和《代谢相关性脂肪肝病与心血管疾病风险的国际多学科共识声明》。以代谢性炎症、衰老与表观遗传学等方向为切入点，近5年发表Circulation (2022, 2023) 、J Clin Invest (2021, 2022, 2025) 、Hypertension (2018, 2021, 2022) 、Signal Transduct Target Ther (2022, 2023, 2024) 、J Adv Res (2025)、Kidney Int (2024) 、Cardiovasc Res (2023)等系列创新性成果，多篇文章入选ESI高引用论文、高价值论文TOP100、中国心血管病十大研究论文和封面故事。牵头组建广东省营养代谢和重大慢性病精准防控粤港澳高校联合实验室、深圳重大慢性病精准防控与代谢研究重点实验室等科研平台。研究成果先后获得中国药学发展奖-杰出青年学者奖、中国技术市场协会金桥奖、中国产学研合作创新奖、中华医学科技奖、广东医学科技奖、广东省精准医学科学技术自然科学奖和深圳市科技进步奖。

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原文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202414252.