內(nèi)皮細(xì)胞對不同壁切應(yīng)力的表觀遺傳反應(yīng)

時間：2021/11/22閱讀：298

內(nèi)皮細(xì)胞（ECs）通過各種機械受體和機械傳感器對血流流動作出反應(yīng)，從 ECs 頂膜上的糖萼（GCX）開始到細(xì)胞內(nèi)整合素和細(xì)胞骨架元件。正常的生理流被認(rèn)為是層流，這與 ECs 的生理表型和流動模式的擾動有關(guān)，例如湍流,、渦流、極低的壁面剪切應(yīng)力（WSS）,，通常都會導(dǎo)致血管病變,，例如動脈粥樣硬化和腦動脈瘤的生長和破裂。

MicroRNAs（miRNAs）是非編碼的小型 RNA,。miRNAs 被證明參與了幾乎所有的生理和病理過程，特別是它們被證明與動脈粥樣硬化和動脈瘤病理有關(guān),。已知幾種 miRNAs 對流動敏感（稱為mechano-miRNAs）并介導(dǎo) ECs 對流動模式和壓力的反應(yīng),，因此它們參與了血管疾病的病理過程，特別是動脈粥樣硬化血流紊亂,，已知低 WSS 和高振蕩剪切指數(shù)會誘導(dǎo)和傳播這種病理過程,。

雖然 WSS 的紊亂過程及其對 ECs 反應(yīng)和 miRNA 表達(dá)的影響在動脈粥樣硬化中得到了很好的研究，但是對于 WSS 和 ECs 病理導(dǎo)致腦動脈瘤的形成,、生長或破裂之間的關(guān)系仍然沒有很好的理解,。因此全面了解 ECs 對 WSS 的反應(yīng)并將它們與腦動脈瘤中已知的病理機制聯(lián)系起來將有助于解決關(guān)于腦動脈瘤生長和破裂的爭論。

基于此,，來自日本仙臺東北大學(xué)醫(yī)學(xué)研究生院神經(jīng)外科系,、生物醫(yī)學(xué)流動動力學(xué)實驗室等領(lǐng)域的專家學(xué)者進(jìn)行了深入研究，該研究使用 miRNAs 和基因表達(dá)作為分析手段,，旨在評估不同層流剪切應(yīng)力（SS）大小,，無論是高還是低，與生理 SS 相比,，對內(nèi)皮細(xì)胞反應(yīng)的影響,。

首先將培養(yǎng)皿中的匯合 ECs 暴露于不同量級的剪切應(yīng)力 SS 下 24 小時，在暴露于正常（2 Pa）,、高（10 Pa）或低（0.4 Pa）WSS 后,，ECs 通過上調(diào)或下調(diào)不同的 miRNAs 組做出不同的反應(yīng),。微陣列分析暴露在不同 WSS 大小的層流應(yīng)力下的 ECs 誘導(dǎo)的 miRNA 差異表達(dá)。（圖 1）

圖 1

分析的 358 個 miRNAs 的熱圖顯示出高 WSS 組和正常 WSS 組相對于低 WSS 組的聚類,。

在最初測試的 358 個 miRNAs 中,，有8個是顯著的：4個在低 WSS 條件下上調(diào)，4個在高 WSS 條件下上調(diào),。

在下一步中,，研究人員使用第一步中發(fā)現(xiàn)的 8 種重要 miRNAs 中的每一種的引物，通過實時 PCR（qPCR）分析確認(rèn)了微陣列的結(jié)果,，比較了 LWSS 組（0.4 Pa）和 HWSS 組（10 Pa）,，因為它們顯示出對 miRNA 表達(dá)的強烈區(qū)分。

總的來說,，qPCR 證實了該實驗中存在五個重要的 miRNAs,。3個 miRNAs 在 LWSS 條件下上調(diào)，2個在 HWSS 條件下上調(diào),。（圖 2 # *）

圖 2

對微陣列發(fā)現(xiàn)的八種重要 miRNAs 的基于 qPCR 的驗證,。

4種 miRNAs 在 LWSS 條件下上調(diào) ，2種在 HWSS 條件下上調(diào)且具有顯著性,。

為了分析不同流動條件下 ECs 的表型,，以更好地了解這些miRNAs 在各自流動應(yīng)力組中的可能作用。再下一步,，研究人員選擇 KLF2,、KLF4、VCAM1,、ICAM-1,、E-Selectin（SELE）和 NOS3 進(jìn)行基因表達(dá)分析，因為它們與內(nèi)皮細(xì)胞對流動的反應(yīng)有關(guān),，以評估增加 WSS 對內(nèi)皮細(xì)胞損傷和反應(yīng)的影響,。

在實驗設(shè)置下；KLF2 和 KLF4 在 LWSS 條件下顯著下調(diào),，而在 HWSS 下,，與任意選擇的 2 Pa 的對照 WSS 相比，KLF2 和 KLF4 上調(diào),，表明 ECs 對 HWSS 具有有利的抗炎,、動脈粥樣硬化保護(hù)反應(yīng)。另一方面,，VCAM1,、ICAM-1 和 E-selectin 在 0.4 Pa 的低 WSS 組和 2 Pa 組之間沒有顯著變化。然而,，它們在高 WSS 下上調(diào),。NOS3 是內(nèi)皮型一氧化氮有效性的調(diào)節(jié)因子,，其表達(dá)水平與WSS的大小直接相關(guān)。

最后,，實驗分析了 miRNA-mRNA 功能相互作用網(wǎng)絡(luò)以及受每個 miRNA 簇*調(diào)控的通路,。結(jié)果表明在 LWSS 條件下上調(diào)的 miRNAs 對細(xì)胞凋亡有顯著影響。對與 HWSS 上調(diào)的 miRNAs 相互作用的一組基因的分析表明,，最富集的途徑是 RAS 途徑,，以及其他發(fā)育和增殖途徑。

總之,，該研究團(tuán)隊提出了一個有趣的理論橋梁,，對腦動脈瘤病理生理機制的認(rèn)識空白，并提出了新的,、未報道的血流響應(yīng)性ECs,；實驗數(shù)據(jù)還暗示了 ECs 感知不同流態(tài)的不同機制，這非常值得研究,。最后,，雖然有一些與腦動脈瘤的生長和破裂有關(guān)的病理機制，它們跨越了動脈瘤壁的所有層,，但將這些機制與動脈瘤內(nèi)部的實際血流動力學(xué)和體外觀察相聯(lián)系,，對于全面了解腦動脈瘤的病理生理學(xué)是至關(guān)重要的。

參考文獻(xiàn)：Rashad S, Han X, Saqr K, Tupin S, Ohta M, Niizuma K, Tominaga T. Epigenetic response of endothelial cells to different wall shear stress magnitudes: A report of new mechano-miRNAs. J Cell Physiol. 2020 Nov;235(11):7827-7839. doi: 10.1002/jcp.29436. Epub 2020 Jan 8. PMID: 31912899.

圖片來源：所有圖片均來源于參考文獻(xiàn)

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