TERM-1在連接低剪切應力與炎癥的機械轉導信號通路中的作用
低內皮剪切應力（ESS）已被證明在動脈粥樣硬化的炎癥和血管生物學中起關鍵作用。在低剪切應力存在的情況下，內皮細胞被激活，低密度脂蛋白（LDL）沉積在內皮下間隙，單核細胞在內皮下間隙中遷移并轉化為巨噬細胞和泡沫細胞，產生基質降解酶和其他炎癥介質，進一步維持動脈粥樣硬化過程。將低ESS與炎癥聯(lián)系起來的分子和信號通路尚未完全闡明。
髓系細胞觸發(fā)受體-1（TREM-1）是屬于免疫球蛋白家族的炎癥介質，已發(fā)現(xiàn)在參與動脈粥樣硬化的所有細胞類型（內皮細胞，白細胞，血管平滑肌細胞和血小板）的表面上表達。研究表明，TREM-1在動脈粥樣硬化的無菌炎癥中起關鍵作用。假設TREM-1在低ESS與炎癥之間的關聯(lián)中起著中間作用，但是將低ESS與TREM-1聯(lián)系起來的詳細機械轉導信號機制仍然未知。
基于此，美國邁阿密大學米勒醫(yī)學院心血管部、內布拉斯加大學醫(yī)學中心、健康科學西部大學轉化研究系的一項研究設定的目的如下：（i）研究不同的ESS模式對TREM-1，促炎分子和基質降解酶表達的作用，（ii）研究TREM-1表達的轉錄抑制將低ESS與炎癥的關系分離的假設，以及（iii）闡明將低ESS與TREM-1連接的上游TREM-1機械轉導信號通路。該研究在體外多細胞共培養(yǎng)模型中進行了研究，該模型由內皮細胞，單核細胞和平滑肌細胞組成，代表了動脈粥樣硬化的早期和中期階段。
低內皮剪切應力（5 ± 3 dynes/cm2），中等內皮剪切應力（15 ± 3 dynes/cm2）和高內皮剪切應力（30 ± 3 dynes/cm2），持續(xù)應用30分鐘到1小時的各種時間范圍。
ESS對TREM-1、促炎分子和基質降解酶表達的影響
從預暴露于不同ESS模式的共培養(yǎng)細胞中提取的mRNA的實時RT-PCR顯示，與靜態(tài)或高ESS相比，低ESS 下 TREM-1（圖1 A）、促炎分子（IL-1β、IL-6、IL-8、MCP-1）和基質降解酶（組織蛋白酶L、S以及MMP-1和-9）的表達顯著增加（圖2）。預先暴露于不同剪切應力模式的培養(yǎng)細胞的免疫印跡和免疫熒光共聚焦顯微鏡顯示，與預先暴露于靜態(tài)或高ESS的細胞相比，暴露于低ESS增加了內皮細胞，單核細胞和平滑肌細胞TREM-1的蛋白表達（圖1 B、C）。與實時 RT-PCR 結果類似，在預暴露于不同 ESS 模式的共培養(yǎng)細胞的 ELISA 測定表明，低 ESS 與趨化因子和促炎細胞因子（MCP-1、IL-1β、IL-6 和 IL-8）和基質降解酶（組織蛋白酶 L、S，MMP-1、-9）的顯著增加有關（圖3、4）。
低ESS條件下，siRNA抑制TREM-1對TREM-1、促炎分子和基質降解酶表達的影響
免疫熒光共聚焦顯微鏡顯示，與靜態(tài)相比，HCAECs單培養(yǎng)（用對照-siRNA預轉染）中的TREM-1蛋白表達在低ESS下增加（圖5 A），并且這種效應隨著在HCAECs中轉染siRNA后減弱（圖5 A）。相比之下，siRNA轉染和低ESS都不會影響HCAECs中VE-鈣粘蛋白的表達，表明TREM-1-siRNA特異性靶向HCAECs中的TREM-1，而不會改變內皮特異性生物標志物的表達（VE-鈣粘蛋白）。
與暴露于同樣低ESS條件的對照siRNA轉染的共培養(yǎng)物相比，暴露于低ESS的TREM-1-siRNA轉染的共培養(yǎng)物顯著減弱了趨化因子和細胞因子（MCP-1、IL-1β、IL-6、IL-8）和基質降解酶（組織蛋白酶和MMPs）的mRNA表達。根據(jù)實時RT-PCR結果，暴露于低ESS后轉染TREM-1-siRNA的共培養(yǎng)基上的免疫熒光染色和ELISA顯示，趨化因子、細胞因子和基質降解酶的蛋白質水平顯著降低（圖5 B）。
低ESS對TREM-1轉錄因子激活的影響
使用暴露于不同流動條件（低剪切應力和靜態(tài)條件）的共培養(yǎng)細胞進行的 ChIP 測定研究表明，與靜態(tài)相比，轉錄因子 NF-κB、PU.1 和 ATF2 在低 ESS 條件下與 TREM-1 啟動子區(qū)域2 的結合增強（圖6）。此外，低ESS條件誘導上述轉錄因子與TREM-1啟動子區(qū)1結合。值得注意的是，在低ESS條件下，轉錄因子與TREM-1啟動子區(qū)2的結合大于啟動子區(qū)1。
圖6 在低ESS和無流動條件下轉錄因子（NF-κB，PU.1和ATF2）與TREM-1啟動子區(qū)域1和2的結合的比較。
該研究在易于制造，低維護和可重復的模型中進行的研究，該模型代表了人類動脈粥樣硬化的晚期階段，表明低ESS通過激活TREM-1增加了炎癥分子和基質降解酶的表達。與低ESS誘導的TREM-1激活相關的轉錄因子是NF-κB，PU.1和ATF2。值得注意的是，siRNA 對 TREM-1 mRNA的抑制可以表明低ESS與血管炎癥和斑塊不穩(wěn)定無關。未來對動物和人類的研究有必要研究TREM-1抑制劑作為輔助抗動脈粥樣硬化治療的潛力。
參考文獻：Liu M, Panagopoulos AN, Oguz UM, Samant S, Vasa CH, Agrawal DK, Chatzizisis YS. Role of triggering receptor expressed on myeloid cells-1 in the mechanotransduction signaling pathways that link low shear stress with inflammation. Sci Rep. 2023 Mar 21;13(1):4656. doi: 10.1038/s41598-023-31763-w. PMID: 36944850; PMCID: PMC10030555.
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髓系細胞觸發(fā)受體-1（TREM-1）是屬于免疫球蛋白家族的炎癥介質，已發(fā)現(xiàn)在參與動脈粥樣硬化的所有細胞類型（內皮細胞，白細胞，血管平滑肌細胞和血小板）的表面上表達。研究表明，TREM-1在動脈粥樣硬化的無菌炎癥中起關鍵作用。假設TREM-1在低ESS與炎癥之間的關聯(lián)中起著中間作用，但是將低ESS與TREM-1聯(lián)系起來的詳細機械轉導信號機制仍然未知。
基于此，美國邁阿密大學米勒醫(yī)學院心血管部、內布拉斯加大學醫(yī)學中心、健康科學西部大學轉化研究系的一項研究設定的目的如下：（i）研究不同的ESS模式對TREM-1，促炎分子和基質降解酶表達的作用，（ii）研究TREM-1表達的轉錄抑制將低ESS與炎癥的關系分離的假設，以及（iii）闡明將低ESS與TREM-1連接的上游TREM-1機械轉導信號通路。該研究在體外多細胞共培養(yǎng)模型中進行了研究，該模型由內皮細胞，單核細胞和平滑肌細胞組成，代表了動脈粥樣硬化的早期和中期階段。
細胞共培養(yǎng)示意圖
HCAECs：人冠狀動脈內皮細胞 HCASMCs：人冠狀動脈平滑肌細胞低內皮剪切應力（5 ± 3 dynes/cm2），中等內皮剪切應力（15 ± 3 dynes/cm2）和高內皮剪切應力（30 ± 3 dynes/cm2），持續(xù)應用30分鐘到1小時的各種時間范圍。
ESS對TREM-1、促炎分子和基質降解酶表達的影響
從預暴露于不同ESS模式的共培養(yǎng)細胞中提取的mRNA的實時RT-PCR顯示，與靜態(tài)或高ESS相比，低ESS 下 TREM-1（圖1 A）、促炎分子（IL-1β、IL-6、IL-8、MCP-1）和基質降解酶（組織蛋白酶L、S以及MMP-1和-9）的表達顯著增加（圖2）。預先暴露于不同剪切應力模式的培養(yǎng)細胞的免疫印跡和免疫熒光共聚焦顯微鏡顯示，與預先暴露于靜態(tài)或高ESS的細胞相比，暴露于低ESS增加了內皮細胞，單核細胞和平滑肌細胞TREM-1的蛋白表達（圖1 B、C）。與實時 RT-PCR 結果類似，在預暴露于不同 ESS 模式的共培養(yǎng)細胞的 ELISA 測定表明，低 ESS 與趨化因子和促炎細胞因子（MCP-1、IL-1β、IL-6 和 IL-8）和基質降解酶（組織蛋白酶 L、S，MMP-1、-9）的顯著增加有關（圖3、4）。
圖1 各種剪切應力條件對共培養(yǎng)模型中TREM-1 mRNA表達和蛋白質合成的影響。
圖2 各種剪切應力條件對共培養(yǎng)中炎癥分子和基質降解酶mRNA表達的影響。
圖3 各種剪切應力條件對共培養(yǎng)中促炎分子和基質降解酶的ELISA蛋白質水平的影響。
圖4 各種剪切應力條件對共培養(yǎng)模型中組織蛋白酶蛋白表達的影響。
低ESS條件下，siRNA抑制TREM-1對TREM-1、促炎分子和基質降解酶表達的影響
免疫熒光共聚焦顯微鏡顯示，與靜態(tài)相比，HCAECs單培養(yǎng)（用對照-siRNA預轉染）中的TREM-1蛋白表達在低ESS下增加（圖5 A），并且這種效應隨著在HCAECs中轉染siRNA后減弱（圖5 A）。相比之下，siRNA轉染和低ESS都不會影響HCAECs中VE-鈣粘蛋白的表達，表明TREM-1-siRNA特異性靶向HCAECs中的TREM-1，而不會改變內皮特異性生物標志物的表達（VE-鈣粘蛋白）。
與暴露于同樣低ESS條件的對照siRNA轉染的共培養(yǎng)物相比，暴露于低ESS的TREM-1-siRNA轉染的共培養(yǎng)物顯著減弱了趨化因子和細胞因子（MCP-1、IL-1β、IL-6、IL-8）和基質降解酶（組織蛋白酶和MMPs）的mRNA表達。根據(jù)實時RT-PCR結果，暴露于低ESS后轉染TREM-1-siRNA的共培養(yǎng)基上的免疫熒光染色和ELISA顯示，趨化因子、細胞因子和基質降解酶的蛋白質水平顯著降低（圖5 B）。
圖5 siRNA抑制TREM-1蛋白表達及其對基質降解酶表達的影響。
低ESS對TREM-1轉錄因子激活的影響
使用暴露于不同流動條件（低剪切應力和靜態(tài)條件）的共培養(yǎng)細胞進行的 ChIP 測定研究表明，與靜態(tài)相比，轉錄因子 NF-κB、PU.1 和 ATF2 在低 ESS 條件下與 TREM-1 啟動子區(qū)域2 的結合增強（圖6）。此外，低ESS條件誘導上述轉錄因子與TREM-1啟動子區(qū)1結合。值得注意的是，在低ESS條件下，轉錄因子與TREM-1啟動子區(qū)2的結合大于啟動子區(qū)1。
該研究在易于制造，低維護和可重復的模型中進行的研究，該模型代表了人類動脈粥樣硬化的晚期階段，表明低ESS通過激活TREM-1增加了炎癥分子和基質降解酶的表達。與低ESS誘導的TREM-1激活相關的轉錄因子是NF-κB，PU.1和ATF2。值得注意的是，siRNA 對 TREM-1 mRNA的抑制可以表明低ESS與血管炎癥和斑塊不穩(wěn)定無關。未來對動物和人類的研究有必要研究TREM-1抑制劑作為輔助抗動脈粥樣硬化治療的潛力。
參考文獻：Liu M, Panagopoulos AN, Oguz UM, Samant S, Vasa CH, Agrawal DK, Chatzizisis YS. Role of triggering receptor expressed on myeloid cells-1 in the mechanotransduction signaling pathways that link low shear stress with inflammation. Sci Rep. 2023 Mar 21;13(1):4656. doi: 10.1038/s41598-023-31763-w. PMID: 36944850; PMCID: PMC10030555.
小編旨在分享、學習、交流生物科學等領域的研究進展。如有侵權或引文不當請聯(lián)系小編修正。
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