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機(jī)械拉伸通過(guò)下調(diào)EZH2加重血管平滑肌細(xì)胞凋亡和血管重塑

瀏覽次數(shù):716 發(fā)布日期:2023-4-6  來(lái)源:泉眾
血管平滑肌細(xì)胞(VSMCs)是構(gòu)成血管壁組織結(jié)構(gòu)及維持血管張力的主要細(xì)胞成分,受到垂直于血管的壓力,導(dǎo)致血管擴(kuò)張以維持正常的血管穩(wěn)態(tài)。一些報(bào)告表明,病理性拉伸導(dǎo)致 VSMC 增殖、細(xì)胞死亡、表型轉(zhuǎn)換和遷移,導(dǎo)致血管重塑。然而,機(jī)械拉伸作用于平滑肌細(xì)胞的特定分子機(jī)制仍需要進(jìn)一步探索。

EZH2是Polycomb基因家族的成員,Polycomb基因家族是一組重要的表觀遺傳調(diào)控基因,可抑制轉(zhuǎn)錄。EZH2是一種組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶,它通過(guò)催化組蛋白H3賴氨酸27(H3K27)的甲基化以控制各種基因表達(dá),從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的正常生理功能。許多研究發(fā)現(xiàn),EZH2具有促癌的作用,抑制EZH2有可能提高某些癌癥的抗腫瘤免疫能力。近年來(lái),EZH2因其在心血管疾病中的作用而受到越來(lái)越多的關(guān)注,因?yàn)檠芯拷Y(jié)果對(duì)于指導(dǎo)靶向EZH2的抗腫瘤藥物在心血管疾病患者腫瘤中的應(yīng)用具有重要意義。

研究表明,高幅度且均勻的流體剪切應(yīng)力會(huì)降低內(nèi)皮細(xì)胞中EZH2的表達(dá)。濾泡間表皮干細(xì)胞的長(zhǎng)期機(jī)械拉伸增加了體內(nèi)和體外的 EZH2 水平。EZH2在通過(guò)機(jī)械拉伸調(diào)節(jié)平滑肌細(xì)胞功能中的作用不太明確。

在山東省心血管疾病轉(zhuǎn)換醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、山東大學(xué)齊魯醫(yī)院心血管內(nèi)科的一項(xiàng)研究中,探索了EZH2在機(jī)械拉伸下血管重塑發(fā)展中的作用,以及在小鼠體內(nèi)和體外人主動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞(HASMCs)中的潛在機(jī)制。

 

過(guò)度的機(jī)械拉伸會(huì)降低 VSMC s中 EZH2 的表達(dá)

如圖1 A、B所示,腹主動(dòng)脈縮窄(AAC)小鼠胸主動(dòng)脈培養(yǎng)基中EZH2的表達(dá)在1、2和3周時(shí)逐漸低于假手術(shù)對(duì)照組小鼠的表達(dá)。蛋白質(zhì)印跡分析表明,AAC小鼠EZH2的相對(duì)蛋白表達(dá)水平顯著降低(圖1 C)。在人VSMCs上進(jìn)行進(jìn)一步的體外實(shí)驗(yàn),以驗(yàn)證EZH2響應(yīng)機(jī)械拉伸的變化。使用循環(huán)拉伸加載系統(tǒng),用機(jī)械拉伸(12%,1HZ)處理HASMCs,持續(xù)不同時(shí)間(0,6,12,24或48小時(shí)),結(jié)果表明,EZH2蛋白水平隨時(shí)間推移逐漸下降(圖1 D、E)。HASMCs在無(wú)拉伸或機(jī)械拉伸(12%)下處理24 h后,用機(jī)械拉伸(12%)處理的細(xì)胞中EZH2表達(dá)顯著降低(圖1 F-H)。

圖1   AAC后VSMCs中EZH2在體內(nèi)和體外機(jī)械拉伸下表達(dá)降低。

小鼠平滑肌(SM)特異性過(guò)表達(dá)EZH2可改善血管重塑

為了探索平滑肌EZH2在體內(nèi)的作用,向小鼠注射了帶有EZH2的腺相關(guān)病毒(AAV-EZH2)或AAV-GFP作為對(duì)照2周。結(jié)果顯示,AAV-GFP在血管平滑肌細(xì)胞中表達(dá)。通過(guò)AAV-EZH2和AAV-GFP小鼠的WB檢測(cè)到血管組織中EZH2的表達(dá)。將AAV-EZH2和AAV-GFP小鼠隨機(jī)分為假手術(shù)組和AAC組,實(shí)驗(yàn)共分為4組:對(duì)照組+假手術(shù)組、對(duì)照組+AAC組、AAV-EZH2+假手術(shù)組和AAV-EZH2+AAC組。通過(guò)免疫組織化學(xué)檢測(cè)血管組織中EZH2表達(dá),表明AAV-EZH2上調(diào)AAC小鼠血管平滑肌細(xì)胞中EZH2表達(dá)。HE染色顯示,與對(duì)照+AAC組小鼠相比,AAC可顯著增加對(duì)照組小鼠胸主動(dòng)脈中層厚度,而AAV-EZH2可顯著減少AAV-EZH2 +AAC小鼠主動(dòng)脈中層厚度。

EZH2 有助于減少 AAC 后 VSMC 細(xì)胞凋亡

目前尚不清楚EZH2如何通過(guò)影響平滑肌細(xì)胞的功能來(lái)影響血管重塑。因此,實(shí)驗(yàn)試圖確定EZH2過(guò)表達(dá)是否通過(guò)細(xì)胞凋亡減少了中膜平滑肌細(xì)胞的數(shù)量。結(jié)果發(fā)現(xiàn),AAC后平滑肌細(xì)胞的凋亡顯著增加,但在EZH2過(guò)表達(dá)后顯著降低(圖2 A、B)。提取小鼠胸主動(dòng)脈血管進(jìn)行蛋白質(zhì)印跡,進(jìn)一步確認(rèn)了上述結(jié)果(圖2 C、D)。

圖2   EZH2有助于AAC后VSMC凋亡的減少。

EZH2 有助于減少機(jī)械拉伸下 VSMC 凋亡

EZH2在機(jī)械拉伸下對(duì)平滑肌細(xì)胞的影響的作用尚不清楚。使用循環(huán)拉伸加載系統(tǒng),用不同幅度的機(jī)械拉伸(靜態(tài),10%,12%,15%)處理HASMCs,EZH2蛋白水平隨著強(qiáng)度的增加而逐漸降低,細(xì)胞凋亡逐漸增加(圖3 A-C)。在12% 拉伸刺激24小時(shí)后分析細(xì)胞裂解物的凋亡指數(shù)(圖3 D、E)。實(shí)驗(yàn)用EZH2腺病毒上調(diào)VSMCs中的EZH2蛋白表達(dá)。簡(jiǎn)而言之,HASMCs轉(zhuǎn)染腺病毒(圖3 F)。用adv-EZH12轉(zhuǎn)染后用12%拉伸刺激HASMCs 24小時(shí),然后檢測(cè)細(xì)胞凋亡。實(shí)驗(yàn)表明,12% 拉伸顯著促進(jìn)HASMC凋亡,EZH2過(guò)表達(dá)抑制HASMC凋亡(圖3 G-K)。

圖3   EZH2有助于減少機(jī)械拉伸下的VSMC細(xì)胞凋亡。

EZH2 不是通過(guò)增殖和表型轉(zhuǎn)換來(lái)改善血管重塑

目前尚不清楚EZH2是否通過(guò)影響平滑肌細(xì)胞凋亡以外的功能來(lái)改善血管重塑。免疫組化檢測(cè)血管組織中PCNA(細(xì)胞增殖核抗原)表達(dá),結(jié)果顯示,AAC手術(shù)組上調(diào)PCNA在血管平滑肌細(xì)胞中的表達(dá),而AAV-EZH2+AAC小鼠與AAC手術(shù)組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。此外,機(jī)械拉伸下調(diào)平滑肌細(xì)胞中sm22α,α-SMA的表達(dá),而EZH2的過(guò)表達(dá)不會(huì)逆轉(zhuǎn)這些影響。

機(jī)械拉伸通過(guò) YAP-TEAD1 通路調(diào)控 EZH2

實(shí)驗(yàn)證實(shí)了機(jī)械拉伸對(duì)EZH2的調(diào)節(jié)作用,但這種調(diào)節(jié)作用的機(jī)制仍有待闡明。先前的研究表明,生物力學(xué)拉伸誘導(dǎo)的YAP-TEAD通路的激活可以調(diào)節(jié)SMCs的功能。因此,實(shí)驗(yàn)假設(shè)機(jī)械拉伸通過(guò)YAP-TEAD1通路調(diào)節(jié)EZH2。首先,發(fā)現(xiàn)機(jī)械拉伸通過(guò)降低YAP磷酸化來(lái)誘導(dǎo)YAP活性(圖4 A)。當(dāng)使用TEAD1特異性小干擾RNA敲低TEAD1表達(dá)或小分子抑制劑維替泊芬(VP)在機(jī)械拉伸下破壞YAP-TEAD1相互作用時(shí),發(fā)現(xiàn)EZH2的表達(dá)顯著升高(圖4 C、D)。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證YAP-TEAD1對(duì)EZH2啟動(dòng)子活性的調(diào)控作用,實(shí)驗(yàn)生成了含有野生型(WT)結(jié)合區(qū)域的EZH2基因啟動(dòng)子的熒光素酶報(bào)告基因,并進(jìn)行了雙重?zé)晒馑孛笢y(cè)定。數(shù)據(jù)證實(shí),YAP過(guò)表達(dá)顯著抑制WT啟動(dòng)子熒光素酶活性(圖4 E)。為了進(jìn)一步測(cè)試YAP-TEAD1是否可以通過(guò)預(yù)測(cè)的結(jié)合區(qū)域激活EZH2基因啟動(dòng)子活性,實(shí)驗(yàn)生成了含有野生型(WT)或突變型(MUT)結(jié)合區(qū)域的EZH2基因啟動(dòng)子的熒光素酶報(bào)告基因,并進(jìn)行了雙熒光素酶測(cè)定。數(shù)據(jù)顯示,與WT啟動(dòng)子活性水平相比,MUT型啟動(dòng)子活性水平顯著增強(qiáng)(圖4 F)。此外,TEAD1結(jié)合富集在EZH2基因的ATG密碼子上游的712 bp和815 bp之間(圖4 G、H)。此外,我們發(fā)現(xiàn)整合素β1在機(jī)械拉伸作用下升高,EZH2過(guò)表達(dá)后其表達(dá)降低。

 
圖4   機(jī)械拉伸通過(guò)YAP-TEAD1通路調(diào)節(jié)EZH2。

過(guò)表達(dá) EZH2 增強(qiáng)了 AAC 后 H3K27me3 的減少

在AAC小鼠胸主動(dòng)脈中膜中檢測(cè)到H3K27me3的表達(dá),與假手術(shù)對(duì)照小鼠相比,AAC小鼠在1、2和3周時(shí)其表達(dá)逐漸降低。然后,發(fā)現(xiàn)EZH2的過(guò)表達(dá)增強(qiáng)了AAC后H3K27me3的減少。為了探索GSK-J4(H3K27me3 抑制劑)是否與EZH2過(guò)表達(dá)病毒具有相同的效果,實(shí)驗(yàn)共設(shè)置4組:對(duì)照+假組、對(duì)照+AAC組、GSK-J4+假組和GSK-J4+AAC組。對(duì)這4組血管的免疫熒光分析表明,GSK-J4可以顯著增強(qiáng)AAC引起的H3K27me3的降低。

GSK-J4 減少平滑肌細(xì)胞凋亡并改善血管重塑

為了研究GSK-J4是否也通過(guò)減少平滑肌細(xì)胞凋亡來(lái)改善血管重塑,實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了HE染色。結(jié)果表明,與對(duì)照+AAC小鼠相比,AAC顯著增加了對(duì)照組小鼠胸主動(dòng)脈中層厚度,而GSK-J4顯著降低了GSK-J4+AAC小鼠主動(dòng)脈中層的增厚。此外,還檢測(cè)了GSK-J4小鼠的凋亡水平。TUNEL染色證明,AAC后平滑肌細(xì)胞凋亡顯著增加,GSK-J4處理后顯著降低。

 
圖5   病理機(jī)械拉伸通過(guò)降低EZH2的表達(dá)加重血管重塑。

目前的研究發(fā)現(xiàn),EZH2是機(jī)械拉伸誘導(dǎo)的VSMC細(xì)胞凋亡的重要介質(zhì)。該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,機(jī)械拉伸會(huì)降低體內(nèi)和體外EZH2的表達(dá)。在體內(nèi),發(fā)現(xiàn)SMCs中EZH2基因的過(guò)表達(dá)增加了H3K27me3的表達(dá),從而減弱了AAC誘導(dǎo)的血管重塑。在體外,機(jī)械拉伸通過(guò)YAP-TEAD1通路下調(diào)EZH2并導(dǎo)致VSMC細(xì)胞凋亡增強(qiáng)。該研究是第一個(gè)報(bào)告機(jī)械拉伸對(duì)平滑肌細(xì)胞中EZH2表達(dá)的直接影響及其潛在機(jī)制的研究。

參考文獻(xiàn):Zhong HY, Yuan C, Liu XL, Wang QQ, Li X, Zhao YC, Li X, Liu DD, Zheng TF, Zhang M. Mechanical stretch aggravates vascular smooth muscle cell apoptosis and vascular remodeling by downregulating EZH2. Int J Biochem Cell Biol. 2022 Oct;151:106278. doi: 10.1016/j.biocel.2022.106278. Epub 2022 Aug 17. PMID: 35985452.

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