骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 (BMSCs) 是多能干細(xì)胞的一個(gè)子集，可分化為多種細(xì)胞類型，在組織修復(fù)中發(fā)揮重要作用。為了響應(yīng)損傷信號，BMSCs 可能會從它們的生態(tài)位移動(dòng)到外周循環(huán)并穿過血管壁到達(dá)目標(biāo)組織。然而，這是一個(gè)復(fù)雜的過程，這個(gè)傳遞過程涉及到 BMSC 外周循環(huán)和流動(dòng)性。

在與血管相互作用時(shí)，BMSCs 不可避免地受到以剪切應(yīng)力和血管循環(huán)拉伸形式施加于血管壁的血流動(dòng)力學(xué)力。之前的研究表明，循環(huán)機(jī)械拉伸會增加 BMSCs 的遷移但減少其侵襲。然而，所涉及的機(jī)制，特別是拉伸抑制 BMSC 侵襲的機(jī)制尚不清楚。

膜型 (MT)-MMPs 屬于 MMPs 的一個(gè)亞家族，是跨膜基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)。MT1-MMP是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的 MT-MMP，也是研究最充分的 MMP。據(jù)報(bào)道，MT1-MMP 是降解細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）大分子并促進(jìn)細(xì)胞侵襲的主要 MMP 。此外，研究表明 MT1-MMP 的表達(dá)受機(jī)械力的調(diào)節(jié)，例如流體剪切應(yīng)力和機(jī)械拉伸，表明 MT1-MMP 可能在將機(jī)械信號轉(zhuǎn)化為有利于細(xì)胞侵襲的化學(xué)信號中發(fā)揮重要作用。

最近，磷脂酰肌醇3-激酶 (PI3K)/Akt 信號通路已被證明在多種細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，包括生長、增殖、存活、流動(dòng)性、代謝、轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)合成。機(jī)械刺激誘導(dǎo)的 PI3K/Akt 信號通路對于血管系統(tǒng)重塑和機(jī)械應(yīng)激心肌方面至關(guān)重要。研究結(jié)果表明機(jī)械拉伸可能控制 PI3K/Akt 信號通路來調(diào)節(jié) BMSCs 中的 MT1-MMP 表達(dá)。

盡管 PI3K/Akt 活性與 MT1-MMP 表達(dá)之間的聯(lián)系已經(jīng)被化學(xué)因素證實(shí)，但它們在 BMSCs 機(jī)械拉伸處理后的聯(lián)系尚未完全闡明。基于此，重慶大學(xué)生物工程學(xué)院、生物流變科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了深入研究，旨在探索循環(huán)機(jī)械拉伸對 MT1-MMP 表達(dá)的影響，并揭示 PI3K/Akt 信號通路在機(jī)械拉伸抑制 BMSC 侵襲中可能的機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制。

在這項(xiàng)研究中，首先證實(shí)了機(jī)械拉伸對 BMSC 侵襲的影響。與未進(jìn)行任何拉伸的對照組相比，機(jī)械拉伸后侵入的 BMSCs 數(shù)量顯著減少，細(xì)胞增殖無明顯變化。這表明機(jī)械拉伸是調(diào)節(jié) BMSC 侵襲的重要因素。

隨后，研究了機(jī)械拉伸減少 BMSC 侵襲的潛在機(jī)制。為了探索 MT1-MMP 在機(jī)械拉伸減少 BMSC 侵襲中的可能作用，首先檢測了 MT1-MMP 表達(dá)是否可以通過機(jī)械拉伸進(jìn)行調(diào)節(jié)。BMSCs 暴露于 10% 振幅、1Hz 頻率的機(jī)械拉伸持續(xù) 8h 后，信使RNA（mRNA）和 MT1-MMP 蛋白表達(dá)水平顯著降低。此外，機(jī)械拉伸也顯著降低 MT1-MMP 的免疫熒光染色強(qiáng)度所示。這些結(jié)果表明 MT1-MMP 的表達(dá)因機(jī)械拉伸而減少，并可能在機(jī)械拉伸減少 BMSC 侵襲中起重要作用。

為了進(jìn)一步確認(rèn) MT1-MMP 是否參與機(jī)械拉伸調(diào)控的 BMSCs 侵襲，實(shí)驗(yàn)通過建立慢病毒 MT1-MMP 載體（連接載體稱為 pCDH-MT1-MMP，空載體稱為 pCDH），在 BMSCs 中過表達(dá) MT1-MMP。然后研究了 MT1-MMP 的過表達(dá)是否會影響 BMSCs 的侵襲行為。結(jié)果表明 BMSCs 的侵襲能力受 MT1-MMP 調(diào)控，MT1-MMP 的過表達(dá)恢復(fù)了機(jī)械拉伸抑制的 BMSC 侵襲。這些數(shù)據(jù)表明機(jī)械拉伸以 MT1-MMP 依賴性方式抑制 BMSC 侵襲。

為了確定在機(jī)械拉伸抑制 BMSC 侵襲的背景下 MT1-MMP 下調(diào)的潛在信號通路，研究人員試圖確定相關(guān)的信號通路。為了研究 PI3K/Akt 信號通路是否參與機(jī)械拉伸影響的 MT1-MMP 表達(dá)和 BMSC 侵襲，使用 PI3K 磷酸化抑制劑 LY294002 阻斷 PI3K/Akt 信號通路。最終結(jié)果表明 PI3K/ Akt 信號通路在調(diào)節(jié) MT1-MMP 的表達(dá)和 BMSCs 的侵襲活性中起關(guān)鍵作用。

隨后，實(shí)驗(yàn)試圖確定 PI3K/Akt 信號通路是否受機(jī)械拉伸的影響，并在機(jī)械拉伸降低 MT1-MMP 表達(dá)和 BMSC 侵襲中起重要作用。于是檢查了機(jī)械拉伸對 BMSCs 中 PI3K/Akt 通路激活的影響。蛋白質(zhì)印跡分析顯示機(jī)械拉伸降低了 Akt 磷酸化（圖3），表明 PI3K/Akt 通路對機(jī)械拉伸敏感。這些結(jié)果表明，機(jī)械拉伸通過下調(diào) MT1-MMP 抑制 BMSC 侵襲可能是通過 PI3K/Akt 信號通路介導(dǎo)的。

SC79 是 Akt 磷酸化的激活劑，可以結(jié)合 Akt 的 PH 結(jié)構(gòu)域促進(jìn) Akt 的磷酸化。為了進(jìn)一步確定 PI3K/Akt 信號通路是否介導(dǎo)機(jī)械拉伸抑制的 MT1-MMP 下調(diào)和 BMSC 侵襲，利用 SC79 上調(diào)磷酸化 Akt 的水平。結(jié)果表明 PI3K/Akt 激活可以上調(diào) MT1-MMP 表達(dá)和 BMSC 侵襲。

此外，還分析了在 SC79 存在下機(jī)械拉伸對 BMSC 侵襲的影響。結(jié)果表明 SC79 對 Akt 磷酸化的上調(diào)可能會削弱機(jī)械拉伸對 BMSC 侵襲的抑制作用。這些數(shù)據(jù)表明 PI3K/Akt 信號通路介導(dǎo)機(jī)械拉伸抑制的 MT1-MMP 表達(dá)和 BMSC 侵襲。

在該研究中，證明機(jī)械拉伸通過 PI3K/Akt 信號通路下調(diào) MT1-MMP 來抑制 BMSC 侵襲。下圖總結(jié)了機(jī)械拉伸在調(diào)節(jié) BMSC 侵襲中的分子機(jī)制。這項(xiàng)研究可能會增進(jìn)對 BMSCs 機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的理解，并對基礎(chǔ)和臨床研究中 BMSC 運(yùn)動(dòng)的機(jī)械調(diào)節(jié)提供指導(dǎo)。

 

參考文獻(xiàn)：Fu X, Halim A, Tian B, Luo Q, Song G. MT1-MMP downregulation via the PI3K/Akt signaling pathway is required for the mechanical stretching-inhibited invasion of bone-marrow-derived mesenchymal stem cells. J Cell Physiol. 2019 Aug;234(8):14133-14144. doi: 10.1002/jcp.28105. Epub 2019 Jan 19. PMID: 30659604.

原文鏈接：https://pubmed-ncbi-nlm-nih-gov.proxy.library.carleton.ca/30659604/

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