BRCC3是由BRCC3基因所编码的JAB1/MPN/Mov34金属酶结构域（JAMM）类去泛素化酶家族的一个重要成员。BRCC3发挥去泛素化酶活性，通过调节底物蛋白K63位点连接泛素化修饰反应来调控细胞内多种信号通路，从而参与DNA损伤反应、细胞内蛋白质转运以及NF-κB通路、TNF-α受体、NOD样受体等细胞内信号转导过程。然而，BRCC3是否会影响BMP/TGF-β通路及参与缺氧诱导的肺血管重构及肺动脉高压（PAH）形成尚未见报道。
2024年7月9日，扬州大学附属医院龚开政、沈慧等在Circulation上发表题为“BRCC3 Regulation of ALK2 in Vascular Smooth Muscle Cells: Implication in Pulmonary Hypertension”的研究论文，首次揭示了去泛素化酶BRCC3可通过去泛素化修饰调节BMP信号通路I型受体ALK2来激活BMP通路，同时拮抗TGF-β通路的活化，从而促进BMP/TGF-β通路失衡的恢复来防治PAH的发生与发展，为后续开发有效的肺动脉高压临床治疗药物提供全新的思路。
图片来源：《Circulation》
（https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCULATIONAHA.123.066430）
研究材料
在这项研究中，研究人员采用的平滑肌细胞特异性过表达BRCC3的转基因小鼠以及Brcc3flox/flox小鼠模型均由赛业生物提供。
研究方法
他们在研究中采用了多项技术，包括RNA seq分析、Western blotting、蛋白质稳定性、Co-IP分析。在动物实验中时，他们使用了免疫荧光、Angiogram分析和RVSP检测等。
技术路线
研究结果
1. 在各种PAH模型中，BRCC3蛋白表达水平明显下调
该团队通过分析特发性肺动脉高压（IPAH）患者的肺组织和肺动脉平滑肌细胞（PASMCs）的GSE数据库，采用Sugen5416联合低氧构建经典的肺动脉高压的大、小鼠模型，检测肺组织的BRCC3蛋白的表达情况。结果表明，在各种PAH模型中，BRCC3蛋白表达水平明显下调。
图1 BRCC3的表达在人和啮齿动物的PH中降低[1]
2. 平滑肌细胞特异性过表达BRCC3可有效改善低氧诱导的肺血管重构及PAH的发生发展
研究团队利用平滑肌细胞特异性过表达BRCC3的转基因小鼠（由赛业生物提供）研究发现，与野生型对照（WT）小鼠相比，BRCC3 Tg鼠可有效改善低氧诱导的肺血管重构及PAH的发生发展。
图2 平滑肌细胞特异性过表达BRCC3小鼠改善肺动脉高压[1]
3.K472和K475两个位点的突变可显著增强ALK2的磷酸化修饰及下游信号的活化
在上述基础上，研究团队通过生物信息学技术，进一步预测了BRCC3可能调节ALK2发生K63泛素化修饰的位点（K472和K475）。随后采取定向位点突变研究证实，该两个位点的突变后不仅可显著导致ALK2 K63泛素化修饰水平的明显减少，而且可显著增强ALK2的磷酸化修饰及下游信号的活化。
图3 BRCC3-ALK2轴通过BRCC3去泛素化ALK2 Lys-472和Lys-475调控BMP信号[1]
4.给予PPARγ激动剂吡格列酮治疗可部分缓解BRCC3缺失诱导的肺血管重构及PAH的发展
研究团队通过成功构建平滑肌细胞特异性敲除BRCC3的小鼠证实：BRCC3-KO小鼠（BRCC3flox/flox鼠由赛业公司提供），相较于WT小鼠，在低氧下都更容易出现严重的PAH表型，而BRCC3的缺失可显著增加ALK2的K63泛素化修饰，同时下调ALK2的磷酸化水平及其下游信号，而给予PPARγ激动剂吡格列酮治疗可部分缓解BRCC3缺失诱导的肺血管重构及PAH的发展。
图4 构建平滑肌细胞BRCC3缺失小鼠加重肺动脉高压[1]
研究结论
本研究揭示了去泛素化酶BRCC3在PAH中表达降低与BMP/ALK2信号通路功能下调之间的因果关系，阐述了在肺动脉平滑肌细胞内，BRCC3通过其自身的K63去泛素化酶活性以及与SMURF1竞争结合ALK2的两种机制参与调节ALK2的泛素化水平及其激酶活性，从而正向调控BMP信号通路，负向调控TGF-β信号通路，这有利于PAH时两条主要信号通路失衡的恢复，从而调控肺动脉高压的发生发展。因此，增强BRCC3表达或活性有可能为PAH的临床防治提供一个全新的策略。
图5 BRCC3调控肺动脉高压的机制图[1]
参考文献：
[1]Shen H, Gao Y, Ge D, Tan M, Yin Q, Wei TW, He F, Lee TY, Li Z, Chen Y, Yang Q, Liu Z, Li X, Chen Z, Yang Y, Zhang Z, Thistlethwaite PA, Wang J, Malhotra A, Yuan JX, Shyy JY, Gong K. BRCC3 Regulation of ALK2 in Vascular Smooth Muscle Cells: Implication in Pulmonary Hypertension. Circulation. 2024 Jul 9;150(2):132-150. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.123.066430. Epub 2024 Apr 1. PMID: 38557054; PMCID: PMC11230848.
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Brcc3 KO小鼠
品系名称：
C57BL/6NCya-Brcc3em1/Cya
产品编号：
S-KO-04758
应用方向：
神经系统,免疫,内分泌,遗传,血液,肾脏
Brcc3 flox小鼠
品系名称：
C57BL/6NCya-Brcc3em1flox/Cya
产品编号：
S-CKO-05548
应用方向：
神经系统,免疫,内分泌,遗传,血液,肾脏
