血管平滑肌细胞与内皮细胞相互交流的力学生物学机制

发布时间：2018-08-24 15:35

【摘要】：血管重建（remodeling）是心血管疾病共同的发病基础和基本的病理过程，力学因素在其中起重要调控作用。血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cells，VSMCs）与血管内皮细胞（endothelialcells，ECs）在结构上相邻，功能上有密切联系，它们之间的相互交流（cross-talk）在血管生理功能的维持和血管重建中均扮演着重要的角色。然而，在力学因素作用下，ECs与VSMCs相互交流的力学生物学（mechanobiology）机制尚需进一步阐明。 本文基于本实验室前期取得的低切应力（low shear stress，LowSS）诱导下血管差异蛋白质组学数据，以ECs与VSMCs相互交流在应力诱导血管重建中的作用为着眼点，开展了两部分研究： 首先，依据生物信息学分析所预测的蛋白质相互作用网络，应用ECs与VSMCs联合培养的平行平板流动腔系统对ECs分别施加正常切应力（normal shear stress, NSS）和LowSS，，研究预测网络中提示的分泌型蛋白PDGF-BB和TGF-β1及其相关蛋白LaminA、LOX和磷酸化ERK1/2在ECs和VSMCs相互交流中的作用及其机制。结果显示，LowSS诱导ECs和VSMCs的PDGF-BB和TGF-β1分泌，LaminA表达降低，LOX和磷酸化ERK1/2表达增高，细胞增殖和迁移能力增强。用PDGF-BB和TGF-β1重组蛋白对静态培养下的ECs和VSMCs进行刺激也得到了类似结果。干扰ECs的PDGF-BB表达，发现LowSS所诱导的ECs和VSMCs的LaminA、LOX和磷酸化ERK1/2蛋白表达、细胞增殖和迁移被抑制；而干扰ECs的TGF-β1的表达，则对LowSS所诱导的VSMCs的上述变化无影响；应用中性抗体分别封闭VSMCs的PDGF-BB和TGF-β1的作用，则抑制了LowSS所诱导的ECs的上述变化。结果表明，PDGF-BB和TGF-β1在LowSS诱导的ECs和VSMCs相互交流中发挥不同作用，ECs通过分泌PDGF-BB调节VSMCs的功能，而VSMCs则通过分泌PDGF-BB和TGF-β1正反馈调节ECs的功能。 然后，本文根据血管差异蛋白质组学结果的提示，选择在血管组织中表达，但功能未知的力学敏感分子－Rab28，深入研究了高张应变条件下VSMCs与ECs相互交流对其表达的影响及其机制。应用大鼠高血压模型和细胞张应变加载系统模拟血管细胞在高血压状态所承受的周期性张应变，探讨了Rab28在血管细胞中的功能及调控机制。结果显示，高血压大鼠颈总动脉的Rab28表达增高；高张应变诱导了VSMCs的Rab28表达；张应变加载后，用VSMCs的培养基培养静态ECs后，ECs的Rab28表达也增高。对VSMCs的培养基进行检测发现，高张应变可促进VSMCs自分泌血管紧张素II（Ang II）。Ang II既作用于VSMCs自身，又通过旁分泌作用于相邻的ECs，上调ECs和VSMCs的Rab28表达。干扰ECs的Rab28表达抑制ECs增殖，诱导其凋亡和迁移；干扰VSMCs的Rab28表达则抑制VSMCs迁移。在ECs中，Rab28和NF-кB存在细胞内共定位。ECs处于饥饿状态时，NF-кB和Rab28主要分布在胞浆；ECs受Ang II刺激后，NF-кB和Rab28则主要分布在胞核。干扰ECs的Rab28表达，NF-кBp65亚基磷酸化水平下降，入核减少；抑制NF-кB活化，则造成Rab28表达下降。结果提示，NF-кB活化机制中，Rab28可能参与了NF-кB的入核过程；反之，NF-кB活化后上调Rab28的表达。NF-кB活化入核与Rab28表达之间存在反馈调控。 综上所述，在LowSS条件下，ECs通过PDGF-BB调控VSMCs的功能，而VSMCs则通过PDGF-BB和TGF-β1对ECs的功能进行反馈调节；在高张应变条件下，VSMCs通过Ang-II调控ECs的Rab28表达，Rab28可能参与了NF-кB的活化入核，进而调控ECs的功能。这些结果对阐明血管重建的力学生物学机制有重要意义，也为心血管疾病的基础和临床研究提供了新的力学生物学思路。
[Abstract]:Vascular smooth muscle cells (VSMCs) and endothelial cells (ECs) are adjacent in structure and closely related in function, and they interact with each other. Cross-talk plays an important role in the maintenance of vascular physiological function and vascular remodeling. However, the mechanobiology mechanism of interaction between ECs and VSMCs needs further elucidation under the action of mechanical factors.
Based on the data of differential proteomics of blood vessel induced by low shear stress (LowSS) obtained in our laboratory, this study focused on the role of interaction between ECs and VSMCs in stress-induced vascular remodeling.
Firstly, according to the predicted protein-protein interaction network by bioinformatics analysis, normal shear stress (NSS) and LowSS were applied to ECs in a parallel plate flow chamber system co-cultured with ECs and VSMCs, respectively. The secretory proteins PDGF-BB and TGF-beta 1 and their related proteins LaminA, LOX and phosphorus were studied. The results showed that LowSS induced the secretion of PDGF-BB and TGF-beta 1 in ECs and VSMCs, decreased the expression of LaminA, increased the expression of LOX and phosphorylated ERK1/2, and enhanced the proliferation and migration of ECs and VSMCs. Similar results were obtained. The expression of LDGF-BB in ECs and VSMCs was interfered by LowSS, and the expression of amina, LOX and phosphorylated ERK1/2 protein in ECs and VSMCs was inhibited, while the expression of TGF-beta 1 in ECs was not interfered by LowSS. The application of neutral antibodies blocked the expression of PDGF-BB and TGF-beta 1 in VSMCs, respectively. The results showed that PDGF-BB and TGF-beta 1 played different roles in the interaction between ECs and VSMCs induced by LowSS. ECs regulated the function of VSMCs by secreting PDGF-BB, while VSMCs regulated the function of ECs by secreting positive feedback of PDGF-BB and TGF-beta 1.
Then, according to the results of vascular differential proteomics, Rab28, a mechanical sensitive molecule with unknown function, was selected to study the effect of interaction between VSMCs and ECs on the expression of VSMCs and its mechanism under hypertensive strain. The results showed that the expression of Rab28 in the common carotid artery of hypertensive rats was increased; the expression of Rab28 in VSMCs was induced by hypertensive strain; the expression of Rab28 in ECs was also detected after strain loading and static ECs were cultured in VSMCs medium. The results showed that hypertensive strain could promote the autocrine angiotensin II (Ang II) of VSMCs. Ang II acted on both VSMCs themselves and adjacent ECs, up-regulated the expression of Rab28 in ECs and VSMCs. Interference with the expression of Rab28 in ECs inhibited the proliferation of ECs, induced apoptosis and migration of VSMCs. When ECs were starved, NF-B and Rab28 were mainly distributed in the cytoplasm; when ECs were stimulated by Ang II, NF-B and Rab28 were mainly distributed in the nucleus. The results suggest that Rab28 may be involved in the nuclear entry of NF-B, whereas the expression of Rab28 is up-regulated after NF-B activation.
In conclusion, ECs regulate the function of VSMCs through PDGF-BB under LowSS, VSMCs regulate the function of ECs through PDGF-BB and TGF-beta 1; VSMCs regulate the expression of Rab28 in ECs through Ang-II under high tensile strain, and Rab28 may participate in the activation and entry of NF-B into the nucleus, thereby regulating the function of ECs. The reconstructed Mechanobiological mechanism is of great significance and provides a new Mechanobiological thinking for the basic and clinical research of cardiovascular diseases.
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.01;R329

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本文编号：2201258