剪切應(yīng)力通過 PTEN/Akt/GTPCH/BH4 通路觸發(fā)晚期內(nèi)皮祖細(xì)胞的血管生成

越來越多的證據(jù)表明，成人血管生成不僅是內(nèi)皮細(xì)胞 (EC) 增殖的結(jié)果，而且與循環(huán)內(nèi)皮祖細(xì)胞 (EPCs) 的新生血管功能有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，至少有兩種不同類型的 EPCs，早期 EPCs 和晚期 EPCs。缺血組織缺氧可促進(jìn)晚期 EPCs 的增殖、遷移和粘附，提高管狀細(xì)胞形成能力，增強(qiáng) EPCs 相關(guān)血管生成，使情況惡化。
 

因此，更好地了解晚期 EPCs 衍生血管生成的機(jī)制，將為缺血性疾病的新治療策略提供基礎(chǔ)。剪切應(yīng)力對 ECs 和 EPCs 的有益影響完全由層流剪切應(yīng)力 (LSS)介導(dǎo)的，而不是流紊或振蕩流。LSS 是調(diào)節(jié) EPCs 功能的重要非藥理學(xué)手段。然而，關(guān)于 LSS 對晚期 EPCs 及其新生血管能力的個體效應(yīng)的研究還很有限。
 

腫瘤抑制基因磷酸酶與張力蛋白同源物 (PTEN) 是 PI3K/Akt/eNOS 通路的內(nèi)源性抑制劑，是缺血部位新血管形成的主要決定因素，并已被證明與 ECs 和 EPCs 的血管生成功能有關(guān)。此外，PTEN/Akt 信號通路在細(xì)胞增殖和生長等多個生物學(xué)過程中發(fā)揮重要作用，并參與血管張力調(diào)節(jié)、血管生成、粘附控制、白細(xì)胞向血管壁募集等典型內(nèi)皮功能。


另一項(xiàng)研究表明，通過選擇性 PPAR δ 激動劑 GW501516 處理后，人 EPCs 中 GTP 環(huán)化水解酶 I (GTPCH I) 的表達(dá)和活性以及四氫生物蝶呤 (BH4) 的生物合成上調(diào)，PTEN 水平下調(diào)，從而增加 Akt 的磷酸化，導(dǎo)致 EPCs 的體內(nèi)再生能力增強(qiáng)。


基于之前的研究，中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院超聲科、中南大學(xué)湘雅醫(yī)院心血管內(nèi)科、廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院心血管病研究所等單位的專家學(xué)者進(jìn)行了深入探索，該團(tuán)隊(duì)推測剪切應(yīng)力也可能調(diào)節(jié)晚期 EPCs 中 PTEN/Akt 和 GTPCH/BH4 信號通路的表達(dá)，從而進(jìn)一步增強(qiáng)其體外活性和體內(nèi)血管生成能力。相關(guān)研究成果發(fā)表在 Stem Cells International 題為《Shear Stress Triggers Angiogenesis of Late Endothelial Progenitor Cells via the PTEN/Akt/GTPCH/BH4 Pathway》。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.層流剪切應(yīng)力在體外增強(qiáng)晚期 EPCs 的功能

使用流室加載裝置將 EPCs 暴露在層流剪切應(yīng)力下。將接種的細(xì)胞分別暴露于 5、15 和 25 dyn/cm² 的層流剪切應(yīng)力持續(xù) 15h 或暴露于 15 dyn/cm² 的層流剪切應(yīng)力持續(xù) 5、10 和 15 小時。對照組的 EPCs 保持靜止?fàn)顟B(tài)。

層流剪切應(yīng)力后，EPCs 的遷移、增殖  和管形成 均呈劑量和時間依賴性增加。

2.層流剪切應(yīng)力調(diào)控 EPCs 中 PTEN/Akt 和 GTPCH/BH4 通路

經(jīng)層流剪切應(yīng)力處理后，PTEN 表達(dá)水平降低，Akt 磷酸化水平升高，且呈劑量和時間依賴性。此外，GTPCH I 的表達(dá)以及晚期 EPCs 細(xì)胞內(nèi) BH4 和 NO 水平也響應(yīng)層流剪切應(yīng)力而呈劑量和時間依賴性增加�？偟膩碚f，這些數(shù)據(jù)表明 LSS 降低 PTEN 表達(dá)，誘導(dǎo) Akt 磷酸化，隨后誘導(dǎo)晚期 EPCs 中的 GTPCH/BH4 通路激活。

3.層流剪切應(yīng)力觸發(fā)晚期 EPCs 中 GTPCH/BH4 通路上游的 PTEN/Akt 激活

正如預(yù)期的那樣，用 GTPCH I shRNA 預(yù)處理并沒有阻止層流剪切應(yīng)力誘導(dǎo)的 PTEN 表達(dá)降低和 Akt 磷酸化升高，并且抑制 Akt 磷酸化也沒有改變 LSS 下 PTEN 的表達(dá)水平。

相比之下，shRNA 介導(dǎo)的 GTPCH I 敲低顯著抑制了 LSS 誘導(dǎo)的 GTPCH I 表達(dá)，導(dǎo)致晚期 EPCs 中細(xì)胞內(nèi) BH4 和 NO 水平的降低。在用 Akt 磷酸化特異性抑制劑 LY 處理后觀察到相同的效果。這些結(jié)果表明層流剪切應(yīng)力通過抑制 PTEN 表達(dá)和誘導(dǎo) Akt 磷酸化激活 GTPCH/BH4 通路。

4.PTEN/Akt/GTPCH/BH4 通路介導(dǎo)的剪切應(yīng)力增強(qiáng)晚期 EPCs 的體外功能和體內(nèi)血管生成能力

然后，實(shí)驗(yàn)評估了 PTEN/Akt/GTPCH/BH4 通路在 EPCs 功能中的作用。用 GTPCH I shRNA 或 LY 預(yù)處理減弱了層流剪切應(yīng)力誘導(dǎo)的晚期 EPCs 的遷移、增殖和管形成活性。與體外結(jié)果一致，層流剪切應(yīng)力顯著改善了小鼠模型股動脈結(jié)扎后肢體缺血的功能恢復(fù)。此外，GTPCH I shRNA 或 LY 可阻斷這種功能恢復(fù)。

最后，股動脈結(jié)扎后第 14 天腓腸肌 CD31 染色顯示， LSS 顯著增強(qiáng)小鼠缺血肢體的血管生成，這被 GTPCH I shRNA 或 LY 抑制�？偟膩碚f，這些結(jié)果證實(shí) LSS 通過 PTEN/Akt/GTPCH/BH4 通路在體內(nèi)和體外觸發(fā)晚期 EPC 功能。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

總之，該研究首次證明剪切應(yīng)力通過 PTEN/Akt/GTPCH/BH4 通路增強(qiáng)了晚期 EPCs 的體外功能和體內(nèi)新生血管生成能力。這項(xiàng)研究為剪切應(yīng)力對 EPC 介導(dǎo)的血管生成的保護(hù)作用提供了新的見解，表明剪切應(yīng)力是缺血性疾病的重要非藥物治療策略。

參考文獻(xiàn)：Wu SH, Zhang F, Yao S, Tang L, Zeng HT, Zhu LP, Yang Z. Shear Stress Triggers Angiogenesis of Late Endothelial Progenitor Cells via the PTEN/Akt/GTPCH/BH4 Pathway. Stem Cells Int. 2020 Apr 30;2020:5939530. doi: 10.1155/2020/5939530. PMID: 32399044; PMCID: PMC7210539.

文章來源：http://www.naturethink.com/?news/140.html​

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