管腔內(nèi)高壓通過小窩蛋白-1促進(jìn)血管炎癥

高血壓仍然是全球疾病負(fù)擔(dān)和導(dǎo)致死亡率最大的單一因素。雖然有大量關(guān)于血壓升高的病因和臨床管理的報(bào)告，但對(duì)血壓本身是否直接導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制知之甚少。了解血壓升高如何導(dǎo)致終末器官損傷對(duì)于成功治療這種疾病至關(guān)重要。

炎癥是一個(gè)復(fù)雜而動(dòng)態(tài)的過程，血管內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞都不同程度地參與了血管炎癥病變的過程，涉及粘附分子的表達(dá)和激活、活性氧（ROS）以及先天性和適應(yīng)性免疫細(xì)胞募集和浸潤到這些組織中。高血壓與炎性細(xì)胞因子/趨化因子之間存在正相關(guān)性，如趨化因子配體2（CCL2），也稱為單核細(xì)胞趨化蛋白1（MCP1）。在實(shí)驗(yàn)高血壓模型中，在刺激核因子κB（NF-κB）時(shí)觀察到粘附分子（包括ICAM-1和P-選擇素）的表達(dá)增強(qiáng)。這些通路共同有助于參與高血壓相關(guān)血管病變的免疫細(xì)胞的募集和粘附。

迄今為止，腎素-血管緊張素系統(tǒng)的激活和氧化應(yīng)激一直是導(dǎo)致血管病變的炎癥通路刺激的主要解釋。然而，血管內(nèi)壓力升高作為延續(xù)機(jī)制的作用尚未得到探索。因此，墨爾本貝克心臟和糖尿病研究所、莫納什大學(xué)醫(yī)學(xué)系、昆士蘭大學(xué)藥學(xué)院等研究團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)探索了誘導(dǎo)管腔內(nèi)高壓（以模擬高血壓疾�。┦欠翊龠M(jìn)大鼠和小鼠模型中內(nèi)皮炎癥和循環(huán)白細(xì)胞的吸引。了解高血管內(nèi)壓的相關(guān)性將有助于深入了解為什么高血壓患者維持正常血壓對(duì)于預(yù)防高血壓相關(guān)的終末器官損傷很重要。
急性高腔內(nèi)壓誘導(dǎo)內(nèi)皮炎癥和白細(xì)胞粘附

鑒于高血壓與血管炎癥的關(guān)聯(lián)，實(shí)驗(yàn)首先探討了管腔內(nèi)高壓是否可以促進(jìn)白細(xì)胞的募集，這是在不同壓力下使用離體實(shí)時(shí)粘附測定模型進(jìn)行的。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與在低（60mmHg）和正常血壓（80mmHg）條件下加壓的頸動(dòng)脈（RCA）節(jié)段相比，在生理應(yīng)激下灌注10分鐘后，在120mmHg下加壓1小時(shí)的RCA節(jié)段白細(xì)胞粘附顯著增加（圖1 A-B）。此外，與未加壓的血管相比，內(nèi)皮粘附分子Icam1和MCP1的mRNA表達(dá)顯著增加（圖1 C-D）。為了確認(rèn)內(nèi)皮的作用，將人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）培養(yǎng)并加壓1小時(shí)。與80mmHg或0mmHg相比，HUVECs在120 mmHg時(shí)CCL2和ICAM1表達(dá)增加，表現(xiàn)出相似的mRNA模式（圖1 E-F）。這些數(shù)據(jù)表明，急性高腔內(nèi)壓誘導(dǎo)白細(xì)胞粘附和內(nèi)皮激活。

血管受到的血流動(dòng)力學(xué)力包括周壁拉伸和流體剪切應(yīng)力。壓力的增加直接增加了圓周拉伸，這增加了粘附。在上述實(shí)驗(yàn)中，血管在無流動(dòng)（即無剪切）的情況下施加壓力1小時(shí)。為了檢查孵育過程中不同流動(dòng)情況的影響，對(duì)RCAs施加了低剪切應(yīng)力（LSS：1.67 dyne/cm2）或高剪切應(yīng)力（HSS：16.7 dyne/cm2）1 小時(shí)。在承受120 mmHg和LSS的RCAs中的粘附與無剪切而加壓至120 mmHg的RCAs沒有差異。然而，在120 mmHg和HSS作用下，血管的粘附降低，這支持研究中關(guān)于HSS保護(hù)作用的報(bào)道，以及LSS在沒有壓力的情況下不會(huì)引起炎癥。此外，Ccl2的基因表達(dá)顯示出類似的趨勢(shì)，其中LSS增加壓力誘導(dǎo)的炎癥而HSS使其緩解，而Icam1沒有觀察到變化。
ROS產(chǎn)量的增加在壓力誘導(dǎo)的粘附中起作用

由于活性氧會(huì)導(dǎo)致高血壓和炎癥，實(shí)驗(yàn)評(píng)估了ROS產(chǎn)生的差異是否可能導(dǎo)致壓力下血管炎癥增加。與基線相比，加壓至120 mmHg的HUVECs表現(xiàn)出DCFH-DA（為熒光探針檢測細(xì)胞內(nèi)ROS水平）強(qiáng)度的顯著增加。此外，在120 mmHg 下 ROS產(chǎn)量持續(xù)快速增加。使用線粒體ROS抑制劑孵育加壓的RCAs顯示血管粘附減少。這些數(shù)據(jù)表明，壓力誘導(dǎo)的白細(xì)胞粘附受到線粒體和NADPH氧化酶產(chǎn)生ROS的影響。


阻斷血管緊張素1 受體對(duì)壓力誘導(dǎo)的炎癥沒有影響

為了確認(rèn)觀察到的炎癥作用是由高腔內(nèi)壓直接誘導(dǎo)的，而不受血管緊張素II（Ang II）釋放的影響，實(shí)驗(yàn)檢查了在AT1受體阻滯劑坎地沙坦存在的情況下，將RCAs加壓至120 mmHg的效果。與單獨(dú)的壓力相比，實(shí)驗(yàn)沒有觀察到白細(xì)胞粘附的統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著變化，這表明觀察到的壓力誘導(dǎo)的粘附是與Ang II無關(guān)的。

精氨酸酶在壓力誘導(dǎo)的炎癥中的作用

在內(nèi)皮細(xì)胞中，精氨酸酶（亞型I和II）可與eNOS競爭其共同底物L(fēng)-精氨酸，從而降低NO的生成，在高血壓動(dòng)物和人類中精氨酸酶的表達(dá)和活性增強(qiáng)。事實(shí)上，在精氨酸酶抑制劑BEC存在下加壓至120mmHg的RCA中的粘附降低到與加壓至80mmHg的血管相似的水平。與對(duì)照組相比，精氨酸酶II亞型的基因表達(dá)也在120mmHg時(shí)增加，而精氨酸酶I亞型的表達(dá)隨壓力保持不變。這些數(shù)據(jù)表明，精氨酸酶II表達(dá)隨壓力的升高二增加，并直接導(dǎo)致白細(xì)胞與內(nèi)皮的粘附。

壓力誘導(dǎo)的內(nèi)皮激活依賴于 NfκB

許多控制細(xì)胞因子誘導(dǎo)的內(nèi)皮粘附分子表達(dá)的基因由NFκB驅(qū)動(dòng)的。為了檢測壓力增加是否會(huì)影響NFκB活性，處理了未加壓（0mmHg）或加壓至120mmHg的HUVECs，并跟蹤NFκB的細(xì)胞位置。在120mmHg（1h）下加壓的HUVECs顯示細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)NFκB熒光增加。NADPH氧化酶抑制劑apocynin以及精氨酸酶抑制劑BEC削弱了這種作用。此外，在SN50（ NF-κB 易位抑制劑）存在下，高壓對(duì)HUVECs中粘附分子基因表達(dá)的影響降低，從而抑制細(xì)胞質(zhì)中NFκB向細(xì)胞核的易位。

內(nèi)皮完整性降低會(huì)增強(qiáng)壓力誘導(dǎo)的炎癥

為了研究膜完整性對(duì)白細(xì)胞粘附內(nèi)皮的影響，實(shí)驗(yàn)評(píng)估了可有效的消除細(xì)胞中膽固醇的 MβCD以及RCA中的高壓（120mmHg）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，RCA暴露于MβCD導(dǎo)致白細(xì)胞粘附顯著降低，而實(shí)驗(yàn)旨在確定這是否也發(fā)生在體內(nèi)。通過用Ang II或鹽水（Sham）處理小鼠，在最后2周內(nèi)用2HPβCD或鹽水干預(yù)。

Ang II處理的小鼠血壓升高，然而，2HPβCD處理對(duì)壓力沒有影響（圖2 A）。重要的是，與假處理的小鼠相比，Ang II處理的小鼠在主動(dòng)脈中的白細(xì)胞粘附增加，并且當(dāng)與2HPβCD結(jié)合時(shí)，白細(xì)胞粘附受到抑制（圖2 B）。此外，炎癥基因表達(dá)標(biāo)志物Icam1和Ccl2在Ang II處理期間表現(xiàn)出相似的表達(dá)增加趨勢(shì)，當(dāng)加入2HPβCD時(shí)，這種表達(dá)被抑制（圖2 C-D）。這些結(jié)果強(qiáng)調(diào)了內(nèi)皮完整性在血壓升高下游的壓力傳感中的重要性。
小窩在壓力誘導(dǎo)的炎癥中起關(guān)鍵作用

在排列在質(zhì)膜上的各種機(jī)械傳感器中，被稱為Caveola（胞膜窖、小窩）的結(jié)構(gòu)微域與感知壓力和調(diào)節(jié)炎癥有關(guān)。為了檢查高壓對(duì)頸動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞質(zhì)膜上小窩密度和完整性的影響，實(shí)驗(yàn)對(duì)加壓RCA（1h）的切片進(jìn)行了成像（圖2 E）。與80和0mmHg相比，高壓（120 mmHg）減少了每μm膜長度的小窩數(shù)量（圖2 E-F）。此外，隨著加壓至120mmHg的血管中內(nèi)皮層的變形，形態(tài)變化很明顯。釕紅染色也證實(shí)了小窩數(shù)量隨壓力的減少。在加壓血管中觀察到的小窩數(shù)量減少的一個(gè)可能的解釋是小窩蛋白-1（Cav1）和cavin-1的解體，先前已證明當(dāng)小窩因壓力而變平時(shí)會(huì)迅速解離。在加壓RCA中Cav1和cavin-1的免疫熒光染色表明小窩在120mmHg下解體（圖2 G）。

為了觀察小窩在壓力誘導(dǎo)的炎癥中的作用，將來自小鼠胚胎心臟內(nèi)皮的H5V細(xì)胞用含有shRNA的慢病毒轉(zhuǎn)染小窩蛋白-1（H5V shCav）。H5V shCav與shRNA對(duì)照（H5V shScr）一起加壓并評(píng)估炎癥標(biāo)志物。在相同壓力下，與H5V shScr細(xì)胞相比，高壓至120 mmHg的H5V shCav細(xì)胞中的Ccl2和Icam1基因表達(dá)降低。高壓至120mmHg的H5V shScr細(xì)胞的細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中的NFκB表達(dá)升高，這種影響在H5V shCav細(xì)胞中不明顯。這些發(fā)現(xiàn)表明，壓力通過觸發(fā)NFκB通路的小窩蛋白-1依賴性機(jī)制誘導(dǎo)內(nèi)皮炎癥。

Ang II 和去甲腎上腺素誘導(dǎo)的高血壓通過小窩蛋白-1 誘導(dǎo)內(nèi)皮炎癥和腎臟巨噬細(xì)胞浸潤

為了檢驗(yàn)體外和離體模型中觀察到的壓力效應(yīng)是否獨(dú)立于其他全身性高血壓模型，實(shí)驗(yàn)檢查了Ang II和去甲腎上腺素（NA）輸注對(duì)內(nèi)皮活化和巨噬細(xì)胞浸潤的影響。Ang II 注射誘導(dǎo)C57BL/6J（WT）和小窩蛋白-1 敲除（Cav1−/−）小鼠的收縮壓升高（圖3 A）。WT小鼠收縮壓升高導(dǎo)致白細(xì)胞粘附增加（圖3 B）以及Ccl2，Icam1和Il6基因表達(dá)升高（圖3 C-E）。然而，盡管收縮壓升高，用Ang II處理的Cav1−/−小鼠表現(xiàn)出很少的主動(dòng)脈炎癥，炎癥基因表達(dá)水平顯著降低（圖3 B-E）。

為了確定這種效應(yīng)是否適用于與高血壓相關(guān)的其他器官病變，實(shí)驗(yàn)檢查了腎臟中的巨噬細(xì)胞浸潤。Ang II處理的WT小鼠表現(xiàn)出CD68巨噬細(xì)胞浸潤增加（圖3 F-H）。流式細(xì)胞術(shù)進(jìn)行F4/80染色時(shí)也觀察到類似的趨勢(shì)（圖3 I）。這些腎臟中的炎癥基因表達(dá)也升高（圖3 J-M），有趣的是，這種表型在Ang II處理的Cav1−/−小鼠的腎臟中不存在（圖3 F-M）。

為了確定巨噬細(xì)胞在體內(nèi)通過Cav1浸潤是否是由Ang II以外的高血壓刺激引起的，對(duì)WT和Cav1−/− 小鼠注射去甲腎上腺素。結(jié)果表明了壓力誘導(dǎo)的內(nèi)皮炎癥和巨噬細(xì)胞浸潤都依賴于Cav1的表達(dá)，但不依賴于Ang II。 （1）急性管腔內(nèi)高壓同時(shí)施加低剪切應(yīng)力和周向拉伸，（2）分解小窩蛋白（Cav1和cavins）并導(dǎo)致小窩變平和縮小。（3）這種分解和/或壓力施加導(dǎo)致NOX依賴性ROS產(chǎn)量增加，進(jìn)而（4）導(dǎo)致精氨酸酶II活性的上調(diào)，隨后激活反饋回路以進(jìn)一步增加ROS產(chǎn)量。（5）精氨酸酶II和ROS的增加導(dǎo)致NFkB易位到細(xì)胞核中，導(dǎo)致粘附分子的基因和蛋白質(zhì)表達(dá)增加。

總之，該研究為壓力升高對(duì)血管炎癥的直接影響提供了證據(jù)，進(jìn)而對(duì)單核細(xì)胞粘附和巨噬細(xì)胞浸潤有直接影響。這些是在高血壓和動(dòng)脈粥樣硬化之間無法解釋的關(guān)系中起作用的主要事件之一。這些數(shù)據(jù)提出了一種可能性，即在高血壓和缺血性心血管疾病的情況下，小窩機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)的治療改進(jìn)可能成為減弱進(jìn)行性血管重塑和炎癥的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：Michell DL, Shihata WA, Andrews KL, Abidin NAZ, Jefferis AM, Sampson AK, Lumsden NG, Huet O, Parat MO, Jennings GL, Parton RG, Woollard KJ, Kaye DM, Chin-Dusting JPF, Murphy AJ. High intraluminal pressure promotes vascular inflammation via caveolin-1. Sci Rep. 2021 Mar 15;11(1):5894. doi: 10.1038/s41598-021-85476-z. PMID: 33723357; PMCID: PMC7960707.
原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33723357/
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