表皮生長因子受體的藥理抑制通過調(diào)節(jié) VSMCs 表型來減弱 IA 的形成
顱內(nèi)動脈瘤（IA）是蛛網(wǎng)膜下腔出血的主要原因，預(yù)示著嚴(yán)重的發(fā)病率和高死亡率。IA 的發(fā)生是由病理過程引起的，例如炎癥反應(yīng)和異常的血管重塑。先前的研究表明，異常血管重塑是導(dǎo)致 IA 發(fā)病機(jī)制的最重要因素，是由管腔力引起的，包括剪切應(yīng)力、高血流量和湍流。
在動脈瘤形成的早期階段，炎癥因子的升高主要集中在血管平滑肌細(xì)胞（VSMCs）中。對平滑肌細(xì)胞 (SMCs) 的體外研究發(fā)現(xiàn)，高壁面切應(yīng)力 (WSS) 可誘導(dǎo)炎癥介質(zhì)（稱為基質(zhì)金屬蛋白酶 (MMP)）的分泌。表型轉(zhuǎn)化發(fā)生在 VSMCs 中，是指 VSMCs 從收縮表型轉(zhuǎn)變?yōu)榇傺妆硇停涮卣魇?α-SMA 和 SM22α 表達(dá)降低，MMPs 表達(dá)增加。為了充分理解這個過程，有必要明確 VSMC 表型轉(zhuǎn)化背后的機(jī)制。
表皮生長因子受體（EGFR）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能廣泛，與多種血管疾病密切相關(guān)，EGFR 家族的所有成員和大多數(shù) EGFR 配體都在 VSMCs 中表達(dá)。表皮生長因子受體激活誘導(dǎo)的 VSMC 表型調(diào)節(jié)由下游效應(yīng)物細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶 1/2 (ERK1/2) 和 p38 絲裂原活化蛋白激酶 (p38 MAPK) 介導(dǎo)的。厄洛替尼是 EGFR 的選擇性抑制劑，可與 EGFR 的 ATP 結(jié)合位點進(jìn)行可逆結(jié)合，阻斷其同源二聚體的反式磷酸化。盡管最近有報道稱厄洛替尼可預(yù)防腹主動脈瘤，但 EGFR 在 IA 形成中的作用仍不清楚。
基于此，華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系、上海第二軍醫(yī)大學(xué)附屬長海醫(yī)院神經(jīng)外科、戰(zhàn)略支援部隊特色醫(yī)學(xué)中心神經(jīng)內(nèi)科的聯(lián)合研究團(tuán)隊進(jìn)行了研究，確定了人 IA 樣本中磷酸化 EGFR 的表達(dá)水平，并使用厄洛替尼來驗證 EGFR 在 IA 模型模型中的生物學(xué)作用。此外探索了 WSS 刺激的 VSMCs 中 EGFR 和下游信號通路的激活。
首先，實驗數(shù)據(jù)表明 p-EGFR 表達(dá)在人 IA 樣本中升高，微陣列分析顯示 EGFR 配體的 mRNA 表達(dá)在兔 IA 模型中升高。在大鼠 IA 模型中使用厄洛替尼對 EGFR 的藥理學(xué)阻斷表明，EGFR 激活對 VSMC 表型轉(zhuǎn)化和促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生是必需的。通過 WSS 誘導(dǎo)的共培養(yǎng) VSMC 表型轉(zhuǎn)化來刺激 ECs，并且 EGFR 激活介導(dǎo)了 VSMCs 中 TNF-α 誘導(dǎo)的表型轉(zhuǎn)化。
這些數(shù)據(jù)表明，EGFR 是調(diào)節(jié) IA 中 VSMC 表型轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵介質(zhì)。這項研究首次表明 EGFR 在 IA 的發(fā)展中很重要，并且它可以被 EGFR 特異性抑制劑抑制。該研究結(jié)果為預(yù)防和治療 IA 的藥物研發(fā)提供了進(jìn)一步的信息。
為了探索動物手術(shù)后 EGFR 的激活是短暫的還是持續(xù)的，實驗確定了不同時間間隔 p-EGFR 的表達(dá)。p-EGFR 在第 2 天被誘導(dǎo)并隨著時間的推移而增加，這表明異常的血流動力學(xué)可以為 EGFR 激活提供持續(xù)的刺激，并誘導(dǎo) VSMC 從收縮表型轉(zhuǎn)變?yōu)榇傺妆硇汀?br />
研究人員進(jìn)一步研究以確定參與 IA 發(fā)展的關(guān)鍵 EGFR 配體。在此，首次證明了 WSS 間接刺激了大鼠大腦 VSMCs 中的 EGFR 激活和下游信號傳導(dǎo)，并且在大鼠 IA 模型中發(fā)現(xiàn) p38 MAPK 和 ERK1/2 的磷酸化，p38 MAPK 的激活被厄洛替尼抑制。
接下來，實驗發(fā)現(xiàn) VSMCs 可以從具有血管壁重塑的收縮表型轉(zhuǎn)變?yōu)榇傺妆硇�，但是這種表型轉(zhuǎn)化是否調(diào)控 VSMC 增殖仍不清楚。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)厄洛替尼在動物實驗中可以顯著減少血管壁的增厚，減弱內(nèi)部彈力層的破壞，并使動脈瘤壁的變薄——所有這些都可能導(dǎo)致 IA 形成的發(fā)生率降低。這表明異常血流動力學(xué)持續(xù)誘導(dǎo) EGFR 磷酸化。
為了重現(xiàn)顱內(nèi)動脈血管壁的結(jié)構(gòu)，建立了從大鼠 ACAs 中提取的 ECs 和 VSMCs 的體外共培養(yǎng)模型，以驗證血流動力學(xué)應(yīng)激誘導(dǎo)的 EGFR 激活。如圖2 A所示，VSMCs 和 ECs 放置流動室之前，在一個薄膜的兩側(cè)共培養(yǎng)，VSMCs 在靜止培養(yǎng)基中培養(yǎng)，而 ECs 在流動培養(yǎng)基中以不同強(qiáng)度（0、4、12、30、36 dyn/cm2）和刺激時間（24、48、72h）受到 WSS 刺激。
為了研究共培養(yǎng)模型中 WSS 刺激的適當(dāng)持續(xù)時間和強(qiáng)度，進(jìn)行了下一步的實驗。實驗結(jié)束時，收集 VSMCs 并通過免疫印跡評估 EGFR、p-EGFR (Y1068)、α-SMA、MMP-2 和 MMP-9 的表達(dá)。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，p-EGFR 的表達(dá)水平隨著 WSS 強(qiáng)度和刺激持續(xù)時間的增加而增加，并在 WSS 強(qiáng)度為 36 dyn/cm2、刺激時間為 24h 時達(dá)到峰值；然而，總 EGFR 的表達(dá)水平保持一致。α-SMA 的表達(dá)水平隨著 WSS 強(qiáng)度的增加和刺激持續(xù)時間的延長而相應(yīng)減少，而 MMP-2 和 MMP-9 的表達(dá)水平增加。這些結(jié)果表明，由于 WSS 強(qiáng)度和刺激的持續(xù)時間，VSMCs 從收縮表型被調(diào)節(jié)為促炎表型。
為了驗證厄洛替尼對 VSMCs 表型轉(zhuǎn)化的抑制作用，在培養(yǎng)基中使用不同濃度的厄洛替尼（1、5、25、125 nM），在 36 dyn/cm2 的 WSS 下持續(xù) 24 小時。如圖2 B、C 所示 ，p-EGFR 的表達(dá)與厄洛替尼濃度的增加呈負(fù)相關(guān)，而總 EGFR 的表達(dá)保持不變。此外，如圖2 F-H 所示， 隨著 p-EGFR 表達(dá)的降低，α-SMA 增加，MMPs 減少。重要的是，25 nM 濃度的厄洛替尼完全逆轉(zhuǎn)了由高 WSS (36 dyn/cm2 )誘導(dǎo)的 VSMC 表型轉(zhuǎn)化。這些數(shù)據(jù)表明，體外 WSS 誘導(dǎo)的 VSMC 表型轉(zhuǎn)化需要 EGFR 激活。
炎癥是 IA 發(fā)生和維持的重要機(jī)制。在炎癥細(xì)胞浸潤之前的 IA 啟動過程中，發(fā)現(xiàn)了 VSMC 表型向炎癥狀態(tài)的調(diào)節(jié)。據(jù)此，研究人員觀察到大鼠 IA 模型和 WSS 刺激的共培養(yǎng)模型的 VSMCs 中 MMPs 和 TNF-α 的表達(dá)增加。EGFR 抑制減弱了 MMPs 的表達(dá)，表明 EGFR 調(diào)節(jié) VSMCs 中細(xì)胞因子的產(chǎn)生。此外，鑒于在 IA 損傷中已觀察到巨噬細(xì)胞，EGFR 可能會影響其他細(xì)胞（如巨噬細(xì)胞）中細(xì)胞因子的產(chǎn)生。
總之，該研究表明，異常血流動力學(xué)在 IA 形成的早期階段激活 VSMC 中的 EGFR，并刺激 VSMC 表型轉(zhuǎn)化導(dǎo)致 IA 的發(fā)生。然而，厄洛替尼對 EGFR 的藥理學(xué)阻斷抑制了 IA 的形成和 VSMCs 表型調(diào)節(jié)。進(jìn)一步的研究表明，EGFR 被非 EGFR 配體如 TNF-α 反式激活。因此，這項研究揭示了 EGFR 抑制劑在治療 IA 中的潛在用途，并為其預(yù)防提供了新的途徑。
參考文獻(xiàn)：Luo Y, Tang H, Zhang Z, Zhao R, Wang C, Hou W, Huang Q, Liu J. Pharmacological inhibition of epidermal growth factor receptor attenuates intracranial aneurysm formation by modulating the phenotype of vascular smooth muscle cells. CNS Neurosci Ther. 2021 Nov 2. doi: 10.1111/cns.13735. Epub ahead of print. PMID: 34729926.
原文鏈接：https://pubmed-ncbi-nlm-nih-gov.proxy.library.carleton.ca/34729926/
小編旨在分享、學(xué)習(xí)、交流生物科學(xué)等領(lǐng)域的研究進(jìn)展。如有侵權(quán)或引文不當(dāng)請聯(lián)系小編修正。微信搜索公眾號“Naturethink”，學(xué)習(xí)更多關(guān)于流體機(jī)械力學(xué)刺激細(xì)胞培養(yǎng)相關(guān)知識吧！
在動脈瘤形成的早期階段，炎癥因子的升高主要集中在血管平滑肌細(xì)胞（VSMCs）中。對平滑肌細(xì)胞 (SMCs) 的體外研究發(fā)現(xiàn)，高壁面切應(yīng)力 (WSS) 可誘導(dǎo)炎癥介質(zhì)（稱為基質(zhì)金屬蛋白酶 (MMP)）的分泌。表型轉(zhuǎn)化發(fā)生在 VSMCs 中，是指 VSMCs 從收縮表型轉(zhuǎn)變?yōu)榇傺妆硇停涮卣魇?α-SMA 和 SM22α 表達(dá)降低，MMPs 表達(dá)增加。為了充分理解這個過程，有必要明確 VSMC 表型轉(zhuǎn)化背后的機(jī)制。
表皮生長因子受體（EGFR）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能廣泛，與多種血管疾病密切相關(guān)，EGFR 家族的所有成員和大多數(shù) EGFR 配體都在 VSMCs 中表達(dá)。表皮生長因子受體激活誘導(dǎo)的 VSMC 表型調(diào)節(jié)由下游效應(yīng)物細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶 1/2 (ERK1/2) 和 p38 絲裂原活化蛋白激酶 (p38 MAPK) 介導(dǎo)的。厄洛替尼是 EGFR 的選擇性抑制劑，可與 EGFR 的 ATP 結(jié)合位點進(jìn)行可逆結(jié)合，阻斷其同源二聚體的反式磷酸化。盡管最近有報道稱厄洛替尼可預(yù)防腹主動脈瘤，但 EGFR 在 IA 形成中的作用仍不清楚。
基于此，華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系、上海第二軍醫(yī)大學(xué)附屬長海醫(yī)院神經(jīng)外科、戰(zhàn)略支援部隊特色醫(yī)學(xué)中心神經(jīng)內(nèi)科的聯(lián)合研究團(tuán)隊進(jìn)行了研究，確定了人 IA 樣本中磷酸化 EGFR 的表達(dá)水平，并使用厄洛替尼來驗證 EGFR 在 IA 模型模型中的生物學(xué)作用。此外探索了 WSS 刺激的 VSMCs 中 EGFR 和下游信號通路的激活。
首先，實驗數(shù)據(jù)表明 p-EGFR 表達(dá)在人 IA 樣本中升高，微陣列分析顯示 EGFR 配體的 mRNA 表達(dá)在兔 IA 模型中升高。在大鼠 IA 模型中使用厄洛替尼對 EGFR 的藥理學(xué)阻斷表明，EGFR 激活對 VSMC 表型轉(zhuǎn)化和促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生是必需的。通過 WSS 誘導(dǎo)的共培養(yǎng) VSMC 表型轉(zhuǎn)化來刺激 ECs，并且 EGFR 激活介導(dǎo)了 VSMCs 中 TNF-α 誘導(dǎo)的表型轉(zhuǎn)化。
這些數(shù)據(jù)表明，EGFR 是調(diào)節(jié) IA 中 VSMC 表型轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵介質(zhì)。這項研究首次表明 EGFR 在 IA 的發(fā)展中很重要，并且它可以被 EGFR 特異性抑制劑抑制。該研究結(jié)果為預(yù)防和治療 IA 的藥物研發(fā)提供了進(jìn)一步的信息。
為了探索動物手術(shù)后 EGFR 的激活是短暫的還是持續(xù)的，實驗確定了不同時間間隔 p-EGFR 的表達(dá)。p-EGFR 在第 2 天被誘導(dǎo)并隨著時間的推移而增加，這表明異常的血流動力學(xué)可以為 EGFR 激活提供持續(xù)的刺激，并誘導(dǎo) VSMC 從收縮表型轉(zhuǎn)變?yōu)榇傺妆硇汀?br />
研究人員進(jìn)一步研究以確定參與 IA 發(fā)展的關(guān)鍵 EGFR 配體。在此，首次證明了 WSS 間接刺激了大鼠大腦 VSMCs 中的 EGFR 激活和下游信號傳導(dǎo)，并且在大鼠 IA 模型中發(fā)現(xiàn) p38 MAPK 和 ERK1/2 的磷酸化，p38 MAPK 的激活被厄洛替尼抑制。
接下來，實驗發(fā)現(xiàn) VSMCs 可以從具有血管壁重塑的收縮表型轉(zhuǎn)變?yōu)榇傺妆硇�，但是這種表型轉(zhuǎn)化是否調(diào)控 VSMC 增殖仍不清楚。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)厄洛替尼在動物實驗中可以顯著減少血管壁的增厚，減弱內(nèi)部彈力層的破壞，并使動脈瘤壁的變薄——所有這些都可能導(dǎo)致 IA 形成的發(fā)生率降低。這表明異常血流動力學(xué)持續(xù)誘導(dǎo) EGFR 磷酸化。
為了重現(xiàn)顱內(nèi)動脈血管壁的結(jié)構(gòu)，建立了從大鼠 ACAs 中提取的 ECs 和 VSMCs 的體外共培養(yǎng)模型，以驗證血流動力學(xué)應(yīng)激誘導(dǎo)的 EGFR 激活。如圖2 A所示，VSMCs 和 ECs 放置流動室之前，在一個薄膜的兩側(cè)共培養(yǎng)，VSMCs 在靜止培養(yǎng)基中培養(yǎng)，而 ECs 在流動培養(yǎng)基中以不同強(qiáng)度（0、4、12、30、36 dyn/cm2）和刺激時間（24、48、72h）受到 WSS 刺激。
為了研究共培養(yǎng)模型中 WSS 刺激的適當(dāng)持續(xù)時間和強(qiáng)度，進(jìn)行了下一步的實驗。實驗結(jié)束時，收集 VSMCs 并通過免疫印跡評估 EGFR、p-EGFR (Y1068)、α-SMA、MMP-2 和 MMP-9 的表達(dá)。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，p-EGFR 的表達(dá)水平隨著 WSS 強(qiáng)度和刺激持續(xù)時間的增加而增加，并在 WSS 強(qiáng)度為 36 dyn/cm2、刺激時間為 24h 時達(dá)到峰值；然而，總 EGFR 的表達(dá)水平保持一致。α-SMA 的表達(dá)水平隨著 WSS 強(qiáng)度的增加和刺激持續(xù)時間的延長而相應(yīng)減少，而 MMP-2 和 MMP-9 的表達(dá)水平增加。這些結(jié)果表明，由于 WSS 強(qiáng)度和刺激的持續(xù)時間，VSMCs 從收縮表型被調(diào)節(jié)為促炎表型。
為了驗證厄洛替尼對 VSMCs 表型轉(zhuǎn)化的抑制作用，在培養(yǎng)基中使用不同濃度的厄洛替尼（1、5、25、125 nM），在 36 dyn/cm2 的 WSS 下持續(xù) 24 小時。如圖2 B、C 所示 ，p-EGFR 的表達(dá)與厄洛替尼濃度的增加呈負(fù)相關(guān)，而總 EGFR 的表達(dá)保持不變。此外，如圖2 F-H 所示， 隨著 p-EGFR 表達(dá)的降低，α-SMA 增加，MMPs 減少。重要的是，25 nM 濃度的厄洛替尼完全逆轉(zhuǎn)了由高 WSS (36 dyn/cm2 )誘導(dǎo)的 VSMC 表型轉(zhuǎn)化。這些數(shù)據(jù)表明，體外 WSS 誘導(dǎo)的 VSMC 表型轉(zhuǎn)化需要 EGFR 激活。
炎癥是 IA 發(fā)生和維持的重要機(jī)制。在炎癥細(xì)胞浸潤之前的 IA 啟動過程中，發(fā)現(xiàn)了 VSMC 表型向炎癥狀態(tài)的調(diào)節(jié)。據(jù)此，研究人員觀察到大鼠 IA 模型和 WSS 刺激的共培養(yǎng)模型的 VSMCs 中 MMPs 和 TNF-α 的表達(dá)增加。EGFR 抑制減弱了 MMPs 的表達(dá)，表明 EGFR 調(diào)節(jié) VSMCs 中細(xì)胞因子的產(chǎn)生。此外，鑒于在 IA 損傷中已觀察到巨噬細(xì)胞，EGFR 可能會影響其他細(xì)胞（如巨噬細(xì)胞）中細(xì)胞因子的產(chǎn)生。
總之，該研究表明，異常血流動力學(xué)在 IA 形成的早期階段激活 VSMC 中的 EGFR，并刺激 VSMC 表型轉(zhuǎn)化導(dǎo)致 IA 的發(fā)生。然而，厄洛替尼對 EGFR 的藥理學(xué)阻斷抑制了 IA 的形成和 VSMCs 表型調(diào)節(jié)。進(jìn)一步的研究表明，EGFR 被非 EGFR 配體如 TNF-α 反式激活。因此，這項研究揭示了 EGFR 抑制劑在治療 IA 中的潛在用途，并為其預(yù)防提供了新的途徑。
參考文獻(xiàn)：Luo Y, Tang H, Zhang Z, Zhao R, Wang C, Hou W, Huang Q, Liu J. Pharmacological inhibition of epidermal growth factor receptor attenuates intracranial aneurysm formation by modulating the phenotype of vascular smooth muscle cells. CNS Neurosci Ther. 2021 Nov 2. doi: 10.1111/cns.13735. Epub ahead of print. PMID: 34729926.
原文鏈接：https://pubmed-ncbi-nlm-nih-gov.proxy.library.carleton.ca/34729926/
小編旨在分享、學(xué)習(xí)、交流生物科學(xué)等領(lǐng)域的研究進(jìn)展。如有侵權(quán)或引文不當(dāng)請聯(lián)系小編修正。微信搜索公眾號“Naturethink”，學(xué)習(xí)更多關(guān)于流體機(jī)械力學(xué)刺激細(xì)胞培養(yǎng)相關(guān)知識吧！
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