SIRT1/2调节血管平滑肌细胞分化与细胞外基质表达的力学生物学机制初探

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血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells, VSMCs)是血管壁主要细胞成分之一,它由收缩表型向合成表型去分化(dedifferentiation)是血管重建(remodeling)发生发展过程中的重要事件。VSMCs的细胞外基质(extracellular matrix,ECM)合成参与调控细胞增殖和迁移,对维持血管壁弹性和功能稳定具有重要作用。血液动力学因素和生长因子是引起VSMCs表型转化和细胞外基质合成的重要因素。在体VSMCs主要受到脉动血流产生的机械张应力的作用,转化生长因子-β1(Transforming growth factor-β1,TGF-β1)是调控VSMCs表型转化和ECM合成的重要生长因子之一。研究周期性张应变和TGF-β1对VSMCs分化和ECM的影响及其机制,对于探讨血管重建机制有重要的意义。本文应用FX-4000T细胞张应变加载系统,对体外培养的大鼠VSMCs施加10%周期性张应变,频率为1.25Hz,加载时间为24h,以未加载张应变的静态VSMCs为对照组。采用Western blotting检测组蛋白去乙酰化酶SIRT1和SIRT2以及收缩表型标志分子α-肌动蛋白(α-actin)、调宁蛋白(calponin)和肌动蛋白相关蛋白(SM22α)蛋白水平的变化;抑制剂Salermide抑制SIRT1和SIRT2表达,基因芯片筛查Salermide干预下周期性张应变加载VSMCs的差异表达基因,以研究SIRT1和SIRT2在生理范围周期性张应变对VSMCs表型分化中的影响及其分子机制。使用10ng/mL浓度的TGF-β1重组蛋白对体外培养的VSMCs刺激24h,以未加刺激的VSMCs为对照组,采用Western blotting检测SIRT1、SIRT2,收缩表型标志分子calponin、SM22α,ECM collagen I、elastin、collagen III蛋白水平的变化;抑制剂Salermide或siRNA干扰抑制SIRT1和SIRT2表达,以研究SIRT1和SIRT2在TGF-β1对VSMCs表型分化和细胞基质合成中的影响及其分子机制。结果显示:①施加10%-1.25Hz周期性张应变诱导VSMCs收缩表型标志分子α-actin、calponin和SM22α的表达增加;②周期性张应变诱导SIRT1和SIRT2的蛋白表达增加;③SIRT1和SIRT2抑制剂Salermide抑制周期性张应变诱导的SIRT1和SIRT2的表达,同时显著抑制VSMCs收缩表型标志分子的表达;④基因芯片筛选121个差异表达基因,可能受SIRT1和SIRT2调控,参与包括分化在内的多种生物过程。⑤10ng/mL浓度的TGF-β1重组蛋白刺激24h,诱导VSMCs收缩表型标志分子calponin、SM22α和ECM collagen I、elastin、collagen III的表达上升;⑥TGF-β1诱导SIRT1和SIRT2的蛋白表达增加;⑦Salermide抑制TGF-β1诱导的SIRT1和SIRT2的表达,同时显著抑制VSMCs收缩表型标志分子calponin、SM22α和ECM collagen I、elastin的表达,但是对collagen III无显著影响;⑧SIRT1和SIRT2的siRNA干扰抑制TGF-β1诱导的SIRT1和SIRT2表达,显著抑制VSMCs收缩表型标志分子calponin、SM22α的表达。⑨Salermide抑制TGF-β1诱导的Smad5、Akt、ERK磷酸化,但是对CTGF无影响。上述结果表明,周期性张应变和TGF-β1可诱导体外培养的合成型VSMCs分化为收缩表型,TGF-β1可诱导VSMCs ECM collagenI和elastin合成,其机制都与SIRT1和SIRT2信号通路相关。结果提示,在体情况下血管正常范围的张应变以及TGF-β1刺激,能防止VSMCs由收缩表型向合成表型去分化,促进ECM合成,维持血管结构和功能的稳定。
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