內(nèi)皮細(xì)胞中流體剪切應(yīng)力和硫酸吲哚酚對(duì)芳香烴受體的激活及其他
瀏覽次數(shù):625 發(fā)布日期:2023-3-3
來(lái)源:泉眾
慢性腎臟病(CKD)導(dǎo)致色氨酸代謝引起的尿毒癥毒素的病理性積累,例如硫酸吲哚酚(IS)、吲哚乙酸(IAA)和犬尿氨酸。這些毒素是轉(zhuǎn)錄因子芳香烴受體(AHR)的激動(dòng)劑,并誘導(dǎo)其在不同細(xì)胞(尤其是內(nèi)皮細(xì)胞)中的活化。CKD患者AHR激動(dòng)劑的積累是有害的,色氨酸來(lái)源的尿毒癥毒素的許多有害作用與其AHR激活能力有關(guān)。
細(xì)胞色素P450 CYP1A1和CYP1B1 和AHR阻遏物(AHRR)受AHR基因組通路的調(diào)節(jié)。雖然AHR可以通過(guò)基因組通路直接調(diào)控轉(zhuǎn)錄,但它也可以通過(guò)在所謂的非基因組通路中激活信號(hào)分子和其他轉(zhuǎn)錄因子來(lái)間接調(diào)節(jié)基因表達(dá)。AHR介導(dǎo)的內(nèi)皮組織因子(TF)調(diào)控就是這種情況,TF是凝血的主要引發(fā)因素。除了配體刺激外,AHR還可通過(guò)血流動(dòng)力學(xué)力(如流體剪切應(yīng)力)在內(nèi)皮細(xì)胞中被強(qiáng)烈激活。有研究通過(guò)上調(diào) CYP1A1 和 CYP1B1,證明了AHR激活取決于剪切應(yīng)力的大小和時(shí)間平均值。
相比之下,通過(guò)誘導(dǎo)促動(dòng)脈粥樣硬化和血栓形成機(jī)制,吲哚類尿毒癥毒素激活的AHR在很大程度上被證明對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞有害,并與心血管疾病有關(guān)。目前尚不清楚由尿毒癥毒素誘導(dǎo)的病理性AHR激活如何影響內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)剪切應(yīng)力介導(dǎo)的生理AHR激活的反應(yīng)。因此,法國(guó)艾克斯-馬賽大學(xué)、圣穆斯醫(yī)院及阿爾及利亞奧蘭大學(xué)生物學(xué)系的一項(xiàng)研究曾探討了層流剪切應(yīng)力和吲哚類尿毒癥毒素硫酸吲哚酚對(duì)AHR的激活作用,檢查了受 AHR不同調(diào)控的基因的表達(dá),重點(diǎn)是TF。
剪切應(yīng)力和IS對(duì)AHR和AHRR表達(dá)的影響
首先,實(shí)驗(yàn)研究了AHR及其阻遏物AHRR在人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVEC)中的mRNA表達(dá),HUVEC 在5 dynes/cm2 的層流剪切應(yīng)力和/或 200 μM的AHR激動(dòng)劑IS暴露4小時(shí)和24小時(shí)。結(jié)果表明,層流剪切應(yīng)力誘導(dǎo)AHR(圖1 A)和 AHRR (圖1 B)表達(dá)的持續(xù)增加。相反,IS刺激不影響AHR表達(dá)(圖1 C),但增加 AHRR表達(dá),并在4小時(shí)達(dá)到最大值,然后在24小時(shí)降低,但仍保持顯著的高水平(圖1 D)。
然后,使用AHR的小干擾RNA敲低(AHR siRNA)和AHR抑制劑CH223191 研究了AHR在剪切應(yīng)力介導(dǎo)的AHRR上調(diào)中的作用。結(jié)果表明,AHR siRNA 和CH223191強(qiáng)烈抑制剪切應(yīng)力誘導(dǎo)的AHRR上調(diào)(圖1 E)。
當(dāng)在剪切應(yīng)力條件下用IS刺激內(nèi)皮細(xì)胞時(shí)(圖1 F),IS輕微增加了剪切應(yīng)力誘導(dǎo)的AHRR的mRNA表達(dá)(圖1 F)。在剪切應(yīng)力條件下以及靜態(tài)條件下,AHR siRNA對(duì)AHR的抑制顯著降低了IS介導(dǎo)的AHRR誘導(dǎo)(圖1 F)。
圖1 剪切應(yīng)力和硫酸吲哚酚(IS)對(duì)芳香烴受體(AHR)和AHR依賴性阻遏物(AHRR)表達(dá)的影響。
剪切應(yīng)力和 IS 對(duì) COX2、CYP1A1 和 CYP1B1 的上調(diào)具有 AHR 依賴的加性效應(yīng)
接下來(lái),實(shí)驗(yàn)研究了暴露于層流剪切應(yīng)力和IS的HUVEC中AHR靶基因PTGS2(COX2),CYP1A1和CYP1B1的上調(diào)。層流剪切應(yīng)力(圖2 A)和 IS(圖2 B)增加COX2 mRNA表達(dá)。在剪切應(yīng)力條件下,COX2誘導(dǎo)量在4 h時(shí)最大,并在24 h時(shí)保持維持。IS誘導(dǎo)的COX2上調(diào)低于剪切應(yīng)力誘導(dǎo)的COX2上調(diào),無(wú)論何時(shí)(圖2 B)。AHR siRNA和CH223191降低剪切應(yīng)力誘導(dǎo)的COX2上調(diào)(圖2 C)。AHR siRNA在靜態(tài)條件下抑制IS對(duì)COX2的上調(diào)(圖2 D)。當(dāng)內(nèi)皮細(xì)胞在剪切應(yīng)力下用IS刺激時(shí),IS擴(kuò)增剪切應(yīng)力誘導(dǎo)的COX2 mRNA的表達(dá)(圖2 D)。在剪切應(yīng)力和靜態(tài)條件下,抑制 AHR顯著降低了IS誘導(dǎo)的COX2上調(diào)(圖2 D)。
然后研究了AHR參與CYP1A1和CYP1B1 mRNA的上調(diào),以及剪切應(yīng)力和IS對(duì)CYP1A1和CYP1B1上調(diào)的潛在加性效應(yīng)。抑制 AHR強(qiáng)烈降低了剪切應(yīng)力和IS誘導(dǎo)的CYP1A1和CYP1B1的上調(diào)。當(dāng)內(nèi)皮細(xì)胞在剪切應(yīng)力條件下用IS刺激時(shí),IS擴(kuò)增剪切應(yīng)力誘導(dǎo)的CYP1A1和 CYP1B1 mRNA的表達(dá),這通過(guò)AHR siRNA抑制AHR后顯著降低。
圖2 剪切應(yīng)力和IS對(duì)COX2上調(diào)的AHR依賴性加性效應(yīng)。
染料木素抑制剪切應(yīng)力和 IS 介導(dǎo)的 AHR 靶基因激活
然后實(shí)驗(yàn)分析了染料木素(Genistein)的作用,這是一種酪氨酸蛋白激酶抑制劑,也可抑制AHR核易位。結(jié)果表明,染料木素強(qiáng)烈抑制所有剪切應(yīng)力誘導(dǎo)的AHR靶基因:AHRR 、PTGS2(COX2)、CYP1A1和CYP1B1。此外,在靜態(tài)和剪切應(yīng)力條件下用IS刺激的HUVEC中,染料木素顯著抑制了AHRR、 COX2、CYP1A1和CYP1B1 mRNA的上調(diào)。
剪切應(yīng)力和 IS 上調(diào)的 TF 依賴于 AHR 的激活
接下來(lái),實(shí)驗(yàn)將重點(diǎn)放在TF(由F3基因編碼),并研究了其在暴露于層流剪切應(yīng)力的HUVEC或用200 μM IS刺激的細(xì)胞中的AHR依賴性上調(diào)。
層流剪切應(yīng)力(圖3 A)和 IS 刺激(圖3 B)以時(shí)間依賴性方式增加TF的mRNA表達(dá)。在剪切應(yīng)力條件下,TF表達(dá)在4 h時(shí)增加,24 h時(shí)最大。IS誘導(dǎo)的TF上調(diào)具有相同的動(dòng)力學(xué)特征,但低于剪切應(yīng)力誘導(dǎo)的TF上調(diào),與時(shí)間無(wú)關(guān)(圖3 B)。在剪切應(yīng)力條件下用IS刺激的內(nèi)皮細(xì)胞中,IS擴(kuò)增剪切應(yīng)力誘導(dǎo)的TF mRNA表達(dá)(圖3 F)。剪切應(yīng)力和IS刺激也以類似的方式增加了4小時(shí)時(shí)TF的蛋白表達(dá)(圖3 C)。此外,IS擴(kuò)增剪切應(yīng)力誘導(dǎo)的TF蛋白表達(dá)(圖3 C)。
實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了AHR不與F3啟動(dòng)子結(jié)合以誘導(dǎo)IS刺激的HUVEC中的TF表達(dá)。ChIP 實(shí)驗(yàn)表明 AHR 在 F3 啟動(dòng)子上沒(méi)有富集,表明 IS 刺激不會(huì)誘導(dǎo) AHR 募集到 F3 啟動(dòng)子(圖3 D)。正如預(yù)期的那樣,AHR被募集到已知含有XRE序列的CYP1B1啟動(dòng)子中,在IS刺激HUVEC后(圖3 D)。
最后分析了抑制AHR在剪切應(yīng)力和IS誘導(dǎo)的TF中的影響。AHR siRNA 和 AHR 抑制劑CH223191顯著抑制剪切應(yīng)力誘導(dǎo)的TF表達(dá)(圖3 E)。此外,在靜態(tài)和剪切應(yīng)力條件下,AHR siRNA對(duì)AHR的抑制顯著降低了硫酸吲哚酚誘導(dǎo)的TF上調(diào)(圖3 F)。
圖3 由剪切應(yīng)力和IS誘導(dǎo)的組織因子(TF)表達(dá)依賴于AHR激活。
染料木素抑制剪切應(yīng)力介導(dǎo)的但不是硫酸吲哚酚介導(dǎo)的 TF 表達(dá)
此外,研究了染料木素對(duì)剪切應(yīng)力和IS介導(dǎo)的TF mRNA誘導(dǎo)的影響。在靜態(tài)條件下,染料木素顯著降低剪切應(yīng)力誘導(dǎo)的TF mRNA表達(dá),但不抑制 IS 誘導(dǎo)的TF mRNA表達(dá)。在剪切應(yīng)力條件下用IS刺激的HUVEC中,染料木素部分抑制了TF表達(dá)。在剪切應(yīng)力和染料木素條件下,IS刺激的HUVEC中的TF mRNA表達(dá)與在無(wú)染料木素的靜態(tài)條件下用IS刺激的HUVEC中的TF表達(dá)沒(méi)有差異。這表明,在剪切應(yīng)力下用IS刺激的HUVEC中,染料木素抑制剪切應(yīng)力介導(dǎo)的TF誘導(dǎo),而不是IS介導(dǎo)的。
硫酸吲哚酚在流體剪切應(yīng)力下增加 TF 的促凝血活性
為了確定剪切應(yīng)力和IS引起的TF產(chǎn)生增加是否對(duì)凝血具有功能活性,實(shí)驗(yàn)通過(guò)分析Xa因子(Xa 因子是凝血級(jí)聯(lián)中的一種關(guān)鍵酶)的產(chǎn)生來(lái)測(cè)量HUVEC中TF依賴性促凝血活性。
剪切應(yīng)力(圖4)沒(méi)有增加HUVEC中的TF促凝血活性。在靜態(tài)條件下,IS 將 Xa 因子生成從對(duì)照細(xì)胞中的 0.96 ± 0.42 fM Xa/mg 蛋白增加到受 IS 刺激的細(xì)胞中的 6.28 ± fM Xa/mg 蛋白(圖4)。在剪切應(yīng)力條件下,IS仍然將Xa因子生成增加到2.93±0.97 fM Xa/mg蛋白,但這種增幅小于靜態(tài)條件(圖4)。阻斷TF抗體消除了Xa因子的產(chǎn)生(圖4),證實(shí)了 Xa因子的生成與 TF 活性相關(guān)。
圖4 剪切應(yīng)力和IS對(duì)TF促凝血?jiǎng)┗钚缘挠绊憽?/span>
綜上所述,該研究表明,剪切應(yīng)力和IS通過(guò)不同的通路激活了AHR,但兩者都以AHR依賴性的方式增加了TF表達(dá)。剪切應(yīng)力不會(huì)誘導(dǎo)TF活性,而IS增加了TF活性,即使在抗血栓性剪切應(yīng)力條件下也是如此。這支持了IS作為CKD中促血栓形成因子的作用。
參考文獻(xiàn):Lano G, Laforêt M, Von Kotze C, Perrin J, Addi T, Brunet P, Poitevin S, Burtey S, Dou L. Aryl Hydrocarbon Receptor Activation and Tissue Factor Induction by Fluid Shear Stress and Indoxyl Sulfate in Endothelial Cells. Int J Mol Sci. 2020 Mar 31;21(7):2392. doi: 10.3390/ijms21072392. PMID: 32244284; PMCID: PMC7178278.
原文鏈接:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32244284/
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