MiR-137通過JNK/AP-1調(diào)節(jié)低剪切應力誘導的人主動脈內(nèi)皮細胞凋亡

腹主動脈瘤（AAA）的發(fā)病率近年來一直在上升。AAA是主動脈的病理性擴張，有潛在的破裂風險，可能受到遺傳、環(huán)境、飲食、吸煙狀況、生物力學和血流動力學等多種因素的影響。

血管壁不斷受到各種剪切應力，內(nèi)皮細胞充當將血液與血管壁分開的屏障。因此，血管內(nèi)皮細胞可能與健康或易患病表型的發(fā)育有關。先前的證據(jù)表明，血管壁可能受到局部血流動力學因素（如機械應力變化）的損害，這也是發(fā)生AAA的原因之一。然而，機械應力在AAA發(fā)病機制中的具體分子調(diào)控機制仍有待探索。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激（ERS）反應是未折疊或錯誤折疊蛋白質(zhì)積聚的結果，也稱為未折疊蛋白反應（UPR）。ER應激在干擾正常細胞生理功能方面起作用，其中AAA的發(fā)病機制已被證明。已有研究報道，ERS介導的JNK/AP-1（c-Jun 氨基末端蛋白激酶/激活蛋白-1）通路可促進炎癥因子的表達，如Toll樣受體-4（TLR-4）、白細胞介素-1 β（IL-1β）、IL-6和MCP-1。此外，JNK抑制劑損害了動物模型中的AAA消退。

MiR-137 是一種位于染色體 1p21.3 上的非蛋白編碼 RNA，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛表達。在最近的一項研究中，發(fā)現(xiàn)miR-137在H2O2-處理的心肌細胞中顯著上調(diào)，通過靶向CDC42參與調(diào)節(jié)心肌細胞ERS，從而抑制心肌細胞凋亡。

基于此，云南省第二人民醫(yī)院血管外科、第三人民醫(yī)院藥劑科研究團隊的一項實驗曾探討了miR-137在剪切應力誘導的人主動脈內(nèi)皮細胞（HAECs）中的表達及其在HAECs的ER應激和細胞凋亡中的潛在調(diào)控機制。研究結果為AAA的發(fā)病機制提供了進一步的思路，為AAA的診斷和臨床治療提供了可能的分子靶點和理論依據(jù)。
 
剪切應力對HAECs表面和內(nèi)部形態(tài)的影響

不同強度的剪切應力響應細胞形態(tài)的變化如圖1 A所示。在低強度剪切應力（0-5 dyn/cm2）下，細胞形狀逐漸由紡錘形變?yōu)閳A形，細胞增殖減慢。隨著時間的流逝，細胞形狀逐漸變得不完整，并出現(xiàn)明顯的收縮。值得注意的是，在暴露于5 dyn/cm2下時觀察到細胞碎片增加。然而，當HAECs暴露于10或15 dyn/cm2時，細胞凋亡逐漸減弱。

觀察細胞的內(nèi)部形態(tài)如圖1 B所示。當沒有剪切應力時，核周區(qū)、線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)均具有正常的形態(tài)結構。暴露于逐漸增加的剪切應力后，細胞中逐漸出現(xiàn)核周空間和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腫脹以及剝落的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。當剪切應力超過 5 dyn/cm2 時，這種趨勢逐漸減弱。
低強度剪切應力促進 HAECs 中的氧化應激反應和細胞凋亡

接下來，實驗測量了不同水平的剪切應力對氧化應激反應和細胞凋亡的影響。如圖2 a所示，當細胞暴露于1 dyn/cm2、2 dyn/cm2和5 dyn/cm2剪切應力時，NOX2、P22phox、NOX4、NRF2 的蛋白質(zhì)水平顯著增加。此外，TUNEL陽性細胞的數(shù)量隨著剪切應力的增加而增加，在5 dyn/cm2的細胞中觀察到陽性細胞的峰值（圖2 b）。實驗還檢測了與細胞凋亡相關的分子的蛋白質(zhì)水平，結果顯示Bax、Bak和Caspase-3的蛋白質(zhì)水平依賴于剪切應力強度的增加。此外，在暴露于1 dyn/cm2、2 dyn/cm2和5 dyn/cm2剪切應力時，細胞中Bcl-1蛋白的表達水平的剪切應力強度依賴性降低（圖2 c）。
低強度剪切應力上調(diào) miR-137 表達，miR-137 直接靶向 HAECs 中的 SDS22

為了證實miR-137可能參與低強度剪切應力引起的氧化應激反應和HAECs中的細胞凋亡，實驗評估了miR-137在暴露于0-5 dyn/cm2剪切應力的HAECs中的表達，發(fā)現(xiàn)miR-137隨著剪切應力的增加而逐漸上調(diào)（圖3 a）�；�于生物信息學軟件TargetScan，研究將SDS22確定為miR-137的候選靶基因（圖3 b）。為了驗證這一點，進行了雙熒光素酶報告基因測定，結果表明，與共轉染 SDS22-MUT 的細胞相比，共轉染 SDS22-WT 時miR-137 模擬物顯著降低了HAECs中的熒光素酶活性，而miR-137抑制劑具有相反的結果（圖3 c）。這些發(fā)現(xiàn)支持SDS22是miR-137的直接靶點。此外，隨著剪切應力的逐漸增加，HAECs 中 SDS22 的mRNA 和蛋白表達水平也逐漸降低（圖3 d、e）。
miR-137的沉默逆轉了剪切應力誘導的JNK/AP-1信號的激活

接下來探索了與miR-137在調(diào)控剪切應力誘導的HAECs細胞凋亡中相關的潛在分子通路。研究發(fā)現(xiàn)，抑制SDS22表達可增加p-JNK水平。根據(jù)這些觀察結果，研究人員懷疑miR-137可以通過靶向SDS22激活JNK/AP-1信號通路。

使用蛋白質(zhì)印跡法檢測JNK/AP-1信號通路中涉及的基因的表達水平，包括p-JNK、JNK、p-c-Jun、c-Jun、p-c-Fos和c-Fos。如圖4 a所示，p-JNK、p-c-Jun和p-c-Fos的蛋白質(zhì)水平以剪切應力強度依賴性方式增加，表明暴露于剪切應力的HAECs中JNK / AP-1信號的激活。

接下來，敲低了 HAECs 中的 miR-137 表達，并研究了 miR-137 沉默對剪切應力誘導的 JNK/AP-1 信號激活的影響。圖4 b顯示miR-137敲低后miR-137表達水平顯著降低，證實了miR-137的成功敲低。蛋白質(zhì)印跡分析顯示，與剪切應力組相比，當miR-137被敲低時，p-JNK、p-c-Jun和p-c-Fos的相對蛋白表達受到顯著抑制（圖4 c）。這些觀察結果表明，miR-137可能是控制低強度剪切應力下JNK/AP-1信號激活的重要調(diào)節(jié)因子。
 
miR-137的沉默減弱了剪切應力誘導的氧化應激反應和細胞凋亡

最后，研究了miR-137敲低對剪切應力誘導的氧化應激反應和細胞凋亡的影響。在TEM觀察下，在暴露于剪切應力的細胞中觀察到嚴重腫脹的核周區(qū)域、線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，然而，與對照細胞相比，當miR-137沉默時，線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)僅發(fā)現(xiàn)輕微腫脹變化（圖5 A）。TUNEL染色結果顯示，與剪切應力組相比，轉染miR-137抑制劑的細胞凋亡也顯著改善（圖5 A）。與對照相比，剪切應力顯著上調(diào)了氧化應激相關基因的表達水平，包括NOX2、p22phox、NOX4和NRF2。此外，miR-137抑制劑在不同程度上降低了這些基因的上調(diào)水平（圖5 B）。與對照組相比，剪切應力顯著降低了Bcl-2的表達水平，上調(diào)了Bak、Bax和半胱天冬酶-3的表達水平。值得注意的是，miR-137抑制劑在一定程度上逆轉了剪切應力誘導的Bcl-2、Bak、Bax和Caspase-3的調(diào)控異常（圖5 C）。這些發(fā)現(xiàn)表明，miR-137敲低可以有效地逆轉剪切應力引起的氧化應激反應和細胞凋亡。
  圖6   圖形概要
MiR-137通過JNK/AP-1信號通路調(diào)控低強度剪切應力誘導的人主動脈內(nèi)皮細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激和細胞凋亡。

綜上所述，該研究證明了miR-137在剪切應力刺激的HAECs中的潛在調(diào)節(jié)作用，可以通過靶向SDS22調(diào)控JNK/AP-1信號通路來促進細胞氧化應激反應和細胞凋亡。研究提供了證據(jù)支持miR-137在介導剪切應力急性反應中的關鍵作用，這可能為AAA的分子診斷和靶向治療提供新的生物標志物。

參考文獻：Li GJ, Yang QH, Yang GK, Wan J, Du LJ, Li ZX, Sun Y. MiR-137 regulates low-intensity shear stress-induced human aortic endothelial cell apoptosis via JNK/AP-1 signaling. J Physiol Biochem. 2021 Aug;77(3):451-460. doi: 10.1007/s13105-021-00812-1. Epub 2021 Apr 24. PMID: 33893994.
原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33893994/

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