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

內(nèi)皮細(xì)胞（ECs）通過各種機(jī)械受體和機(jī)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(jī)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(shí)驗(yàn)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(shí)，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）
 

分析的 358 個(gè) 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(gè) miRNAs 中，有8個(gè)是顯著的：4個(gè)在低 WSS 條件下上調(diào)，4個(gè)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(shí)時(shí) 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?yàn)樗鼈冿@示出對 miRNA 表達(dá)的強(qiáng)烈區(qū)分。

總的來說，qPCR 證實(shí)了該實(shí)驗(yàn)中存在五個(gè)重要的 miRNAs。3個(gè) miRNAs 在 LWSS 條件下上調(diào)，2個(gè)在 HWSS 條件下上調(diào)。（圖 2 # *）
 

對微陣列發(fā)現(xiàn)的八種重要 miRNAs 的基于 qPCR 的驗(yàn)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?yàn)樗鼈兣c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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)分析了 miRNA-mRNA 功能相互作用網(wǎng)絡(luò)以及受每個(gè) miRNA 簇最受調(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(duì)提出了一個(gè)有趣的理論橋梁，填補(bǔ)了對腦動脈瘤病理生理機(jī)制的認(rèn)識空白，并提出了新的、未報(bào)道的血流響應(yīng)性ECs；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還暗示了 ECs 感知不同流態(tài)的不同機(jī)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(jī)制，它們跨越了動脈瘤壁的所有層，但將這些機(jī)制與動脈瘤內(nèi)部的實(shí)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.

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