流體剪切應力通過血紅素加氧酶-1 和鐵調(diào)控胎盤生長因子的表達
瀏覽次數(shù):900 發(fā)布日期:2021-9-8
來源:Naturethink
冠狀動脈疾病 (CAD) 是世界范圍內(nèi)疾病死亡的主要原因之一。藥物刺激動脈生成一直是一個長期追求的目標,因為動脈生成具有降低 CAD 死亡率和發(fā)病率的潛力。然而,通過施用單一外源性生長因子誘導動脈生成的早期嘗試以失敗而告終,很明顯,為了開發(fā)安全有效的促動脈生成療法,有必要對促成動脈生成的無數(shù)信號事件有更深入的了解。
胎盤生長因子 (PLGF) 是血管內(nèi)皮生長因子 (VEGF) 家族的成員。PLGF 是一種有效的動脈生成劑,甚至比 VEGF-A更有效。PLGF 通過將單核細胞(僅表達 VEGFR-1)募集到血管壁來實現(xiàn)其動脈生成作用。
血紅素加氧酶 (HO) 將血紅素分解為等摩爾量的 CO、二價鐵和膽綠素。HO有兩種亞型:一個誘導型亞型 (HO-1) 和一個組成型表達亞型 (HO-2)。動脈生成隨著年齡的增長而減弱,并且這種影響可能與異常 HO-1 表達和/或信號傳導有關(guān),因為在具有鈍化動脈生成潛力的老齡大鼠中誘導 HO-1 可將外部血管重塑恢復到與年輕大鼠相當?shù)乃健?br />
最近,美國路易斯安那州立大學分子與細胞生理學系、賓夕法尼亞州匹茲堡大學兒科系、俄克拉荷馬州立大學生理科學系的專家學者進行了相關(guān)研究。該團隊之前曾報道,在體外血管壁共培養(yǎng)模型和離體小鼠腸系膜小動脈中,暴露于 FSS 可增加 PLGF 蛋白和 mRNA?梢源_定的是,F(xiàn)SS 也增加內(nèi)皮細胞中 HO-1 的激活和表達,這些效應依賴于 Nox 異構(gòu)體產(chǎn)生的 ROS。這表明 HO-1 和 PLGF 之間可能存在聯(lián)系。
因此,最新的研究假設(shè) FSS 對 PLGF 的影響是由 HO-1 介導的。為了研究 HO-1 在 FSS 介導的 PLGF 調(diào)控中的作用,在內(nèi)皮細胞/平滑肌細胞共培養(yǎng)模型和離體小鼠腸系膜小動脈中驗證了這一假設(shè)。相關(guān)研究成果發(fā)表在 Scientific Reports 題為《Fluid shear stress regulates placental growth factor expression via heme oxygenase 1 and iron》。
體外共培養(yǎng)模型說明:
(A) Transwell 插入式細胞培養(yǎng)小室被倒置并涂上凝膠,將 HCASMC 接種到底部。
(B) 孵育過夜后,將小室恢復到6孔板中過夜。
(C) 小室的頂部涂有明膠,接種 HCAEC 并孵育過夜。
(D) 在血清減少的培養(yǎng)基中進一步孵育過夜后,將細胞暴露于1.24 Pa的 FSS。
實驗結(jié)果
首先,將內(nèi)皮/平滑肌共培養(yǎng)物暴露于1.24 Pa 的 FSS 2h,分別在暴露0h、4h 和 10h 后立即采集樣本,測定實驗處理后模型中 HO-1 的相對 mRNA 水平。在內(nèi)皮細胞中,暴露于剪切應力后立即顯著增加 HO-1 mRNA水平(靜態(tài)對照的 1.40 ± 0.08 倍),且在暴露 4h 后仍明顯增加(靜態(tài)的 1.54 ± 0.18 倍)。暴露 10h 后,HO-1 mRNA 與對照無顯著差異。
在平滑肌細胞中,HO-1 mRNA 在暴露于剪切應力后 4h 后顯著增加(靜態(tài)的 1.29 ± 0.11 倍),并在暴露10h 后保持升高(靜態(tài)的 1.41 ± 0.13 倍)。
小鼠腸系膜小動脈暴露在高流量 (50 mmHg壓力梯度) 下,與經(jīng)受正常流量(20 mmHg 壓力梯度)下的血管相比,HO-1 mRNA表達水平顯著升高 (20 mmHg的14.43±4.48倍)。
之前報道過,F(xiàn)SS 在共培養(yǎng)模型和灌注血管中都增加了 PLGF 表達。為了確定 HO-1 在 FSS 誘導的 PLGF 表達中的作用,采用鋅原卟啉 IX (ZPP) 抑制HO-1。ZPP (30 µM) 阻斷了 FSS 對 PLGF 的影響,甚至將 PLGF 蛋白降低到低于靜態(tài)對照水平。同樣,在灌注血管中,ZPP (30µM) 阻止了血流增加對 PLGF mRNA 的影響。
HO-1 活性導致產(chǎn)生一氧化碳(CO),游離鐵和膽綠素。接下來測試了這些分子中是否有一個或多個可以在血管細胞共培養(yǎng)中上調(diào) PLGF 的表達。經(jīng) 100µM 膽綠素 (也是 HO-1 的負反饋抑制劑) 處理 24h 后,PLGF 蛋白顯著降低。
為了確定 CO 是否調(diào)節(jié) PLGF 表達,用 CO 釋放分子(CORM-A1,0-400 µM)處理共培養(yǎng)物 24h,CORM-A1 顯著降低了在 200 µM 和 400 µM下的 PLGF 分泌。
最后,測試了鐵對 PLGF 表達的影響。三價鐵以檸檬酸鐵銨 (FAC, 10-200µg/mL) 的形式存在,模擬了氯化血紅素的作用,24h 后顯著增加了 PLGF 水平;鐵-次氮基三乙酸 (鐵- NTA, 10-200 μM) 同樣能提高 PLGF 水平;過氧化氫酶處理 (500 U/mL) 對 FAC 誘導的 PLGF 上調(diào)沒有影響。
為了確定內(nèi)皮細胞與平滑肌細胞 HO-1 活性在介導 FSS 對 PLGF 表達方面的相對重要性,在共培養(yǎng)模型中,使用 siRNA 分別敲低各細胞類型的 HO-1。內(nèi)皮細胞中的 HO-1 敲低阻止了 FSS 誘導的 PLGF 表達。相比之下,平滑肌細胞中 HO-1 的敲低不影響 FSS 介導的 PLGF 增加。通過實時 PCR 確認了每種細胞類型的敲低。內(nèi)皮細胞中的 HO-1 敲低不影響共培養(yǎng)的平滑肌細胞中的 HO-1 mRNA,反之亦然。
實驗結(jié)論
總之,該研究證明了關(guān)鍵的動脈生成因子 PLGF 在響應 FSS 的生理刺激時受到 HO-1 的調(diào)控,這被認為是冠狀循環(huán)中側(cè)枝發(fā)育的重要信號。這項研究建立在對 HO-1 及其代謝物在血管重塑的基礎(chǔ)上,揭示了 HO-1 發(fā)揮動脈生成作用的一種新的可能機制。
參考文獻:Rashdan NA, Zhai B, Lovern PC. Fluid shear stress regulates placental growth factor expression via heme oxygenase 1 and iron. Sci Rep. 2021 Jul 21;11(1):14912. doi: 10.1038/s41598-021-94559-w. PMID: 34290391; PMCID: PMC8295300.
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